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CN112800703A - 一种基于量子云计算实现系统 - Google Patents

一种基于量子云计算实现系统 Download PDF

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CN112800703A
CN112800703A CN202110204055.4A CN202110204055A CN112800703A CN 112800703 A CN112800703 A CN 112800703A CN 202110204055 A CN202110204055 A CN 202110204055A CN 112800703 A CN112800703 A CN 112800703A
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CN
China
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quantum
circuit
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user
module
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CN202110204055.4A
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张咏雪
魏金雷
杨继伟
徐士强
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Inspur Cloud Information Technology Co Ltd
Original Assignee
Inspur Cloud Information Technology Co Ltd
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明提供一种基于量子云计算实现系统，属于量子云计算设备领域，本发明通过量子云计算,以及微服务后台技术展示图形化电路编程。用量子门搭建了常用的组合电路模块。设计了可逆多路选择器、可逆优先编码器以及可逆比较器,并给出了详细的电路功能结构图；主要解决的问题是支持通过图形界面实现量子电路。基于图形界面的操作可以快速高效实现对量子门的控制，更为直观创建量子电路。将量子电路代码通过浪潮量子云平台运行到量子计算机上，并返回相应的执行结果，帮助研究人员对算法及量子线路进行验证，大大提升了研究人员对量子电路的理解，直观展示量子电路图，降低研发成本。

Description

一种基于量子云计算实现系统
技术领域
本发明涉及量子云计算设备领域，尤其涉及一种基于量子云计算实现系统。
背景技术
量子计算思想最早由费曼在20世纪80年代提出，其被认为是一种对未来具有颠覆性影响的新型计算模式。量子计算机是由量子芯片和外部测控系统构成的计算系统。量子芯片是基于量子力学原理，以量子比特(类比高低电平)为基本单位构成的。由于量子态的叠加、纠缠等性质，使得这种计算模型理论上拥有指数级别的计算能力。浪潮量子计算底层采用真正的量子计算机，是国内领先的由真实量子计算机支撑的量子云服务平台。浪潮云依托雄厚的信息与服务器技术优势，推出浪潮量子计算服务平台。目前已取得众多阶段性研究成果，浪潮云将在量子云计算持续投入，与广大教育科研机构、研究人员及开发者一道，共同推进量子云计算的发展。
目前，量子计算尚处于探索阶段，并不具备商业化的条件。浪潮量子计算服务的核心目标是：将量子电路代码通过浪潮量子云平台运行到量子计算机上，并返回相应的执行结果，帮助研究人员对算法及量子线路进行验证。
由于量子计算有可能从根本上超越经典计算机的计算能力以及在信息处理方面的巨大潜力，量子计算机吸引了越来越多的人对其进行研究。量子电路作为量子计算机的一个基本计算模型，是量子计算与量子信息中重要的研究内容。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种基于量子云计算实现系统，可以解决研发人员对量子电路的深入研究，以及帮助研究人员对算法及量子线路进行验证。
本发明的技术方案是：
一种基于量子云计算实现系统，包括四个模块：登录认证模块、电路编程概览模块、创建电路编程模块、运行结果展示模块；其中
登录认证模块：用户点击开始电路编程，判断用户是否登录；
电路编程概览模块：登录成功后，通过web页面以及微服务后台技术展示用户创建的电路实验名称、实验ID、量子寄存器、经典寄存器和更新时间的信息；
创建电路编程模块：为量子电路编程的操作页面，用户在本页面完成对量子电路的操作，并将量子电路的以Json格式传到量子计算机上，完成实验；
运行结果展示模块：所有的待完成任务及已完成任务结果都展示在本页面中，切换任务列表及运行结果TAB可查看不同分类的列表内容。
进一步的，
登录认证模块：用户点击开始电路编程，authorition认证服务是整个微服务架构的一个服务节点，功能是向客户端提供授权认证。
用户通过浏览器访问系统时，首先检测用户是否已经登录，若未登录则跳转至认证服务提供的登录界面，用户填写认证信息后，登录认证服务检测信息的正确性，若用户信息正确，则向浏览器发送携带用户信息的token；整个登录认证及授权操作完成。
进一步的，
电路编程概览模块：通过登录认证，进入到电路编程概览页面，通过新建电路编程，跳转到电路编程详情。
当鼠标移动到量子实验名称上显示编辑按钮，可对实验进行重命名；当表中没有被选中的实验时，该按钮不可点击；当表中有被选中的实验时，点击“删除”按钮后，弹出确认窗口，用户点击“确定”后，选中的实验会被删除。
进一步的，
创建电路编程模块：包括量子电路实验名称，默认生成实验名称格式为yyyMMdd+三位随机数，点击输入框，可按照规则修改实验名称；
用户通过量子寄存器点的“增减”按钮，完成q量子比特的配置，数值最小为1，最大为8；
q量子比特的数值每增加1，此时面板中增加一条横线，横线从q[0]开始，依次加1。
进一步的，
运行结果展示模块:创建电路编程模块保存电路信息结束以后,可查看电路运行结果,可对运行后的结果进行编辑，包括任务取消、量子计算机筛选、搜索输入实验名称、点击搜索图表，完成对实验结果的搜索并展示在列表中；
点击“刷新”后，会将“量子计算机”及“搜索”中的筛选条件清空，并将列表还原至默认状态,以及电路任务的删除操作。
再进一步的，
工作流程程图如下：
步骤一：用户在浏览器登录，向授权认证服务请求授权，
步骤二：认证通过后，获取用户信息点击开始电路编程，跳转到概览页面；
步骤三：新建电路编程，跳转到电路编程页面；
步骤四：在电路编程页面开始配置寄存器以及经典寄存器，以及设置电路图，进行保存；
步骤五：创建电路编程完成，查看运行电路任务结果列表以及包括任务的状态。
本发明的有益效果是
(1)本发明采用了云量子计算服务以图形界面可视化方式编排量子电路，操作简单，使用门槛低。
(2)本发明采用量子计算支持通过图形界面实现量子电路。基于图形界面的操作可以快速高效实现对量子门的控制，更为直观创建量子电路。
(3)本发明可以解决研发人员对量子电路的深入研究，降低研发周期，提供高效的测试量子电路实验运行结果，进而降低研究人员的时间成本。
附图说明
图1是本发明的工作流程示意图；
图2是创建电路编程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明包括四个模块：登录认证模块、电路编程概览模块、创建电路编程模块、运行结果展示模块。通过这四大模块将量子电路完整形象化的展示出来，实验人员可以通过配置寄存器，以及电路图布局，反复测试量子电路实验，查看实验运行结果。提升研究人员对量子电路的理解，帮助研究人员对算法以及量子线路进行验证。各模块主要负责的功能如下：
登录认证模块：用户点击开始电路编程，判断用户是否登录。
电路编程概览模块：登录成功后，通过web页面以及微服务后台技术展示用户创建的电路实验名称(量子电路实验的名称)，实验ID(该量子电路的唯一标识)，量子寄存器，经典寄存器，更新时间的信息(用户最后一次编辑该电路的时间节点)。
创建电路编程模块：为量子电路编程的操作页面，用户在本页面完成对量子电路的操作，并将量子电路的以Json格式传到量子计算机上，完成实验。
运行结果展示模块：所有的待完成任务及已完成任务结果都展示在本页面中，切换任务列表及运行结果TAB可查看不同分类的列表内容。
考图1对这四大模块进行详解。
登录认证模块：用户点击开始电路编程，authorition认证服务是整个微服务架构的一个服务节点，主要功能是向客户端提供授权认证。用户通过浏览器访问系统时，首先检测用户是否已经登录，若未登录则跳转至认证服务提供的登录界面，用户填写认证信息后(一般是用户名和密码)，登录认证服务检测信息的正确性，若用户信息正确，则向浏览器发送携带用户信息的token。整个登录认证及授权操作完成。
电路编程概览模块：如图1所示，用户通过登录认证，进入到电路编程概览页面，页面点击“新建电路编程”，跳转到电路编程详情，当鼠标移动到量子实验名称上显示编辑按钮，可对实验进行重命名。当表中没有被选中的实验时，该按钮不可点击；当表中有被选中的实验时，点击“删除”按钮后，弹出确认窗口，用户点击“确定”后，选中的实验会被删除。
创建电路编程模块：如图2所示其中包括量子电路实验名称，默认生成实验名称格式为yyyyMMdd+三位随机数，用户点击输入框，可以按照规则修改实验名称。用户通过量子寄存器点击右侧的“增减”按钮，完成q量子比特的配置，数值最小为1，最大为8。q量子比特的数值每增加1，此时右侧的量子电路编程面板中会增加一条横线，横线从q[0]开始，依次加1。经典寄存器可以默认状态下，勾选“与量子寄存器保持一致”选项。此时，二者的数值保持一致，且右侧的“增减”按钮不可点击。当取消勾选“与量子寄存器保持一致”选项时。可通过点击右侧的“增减”按钮实现对c寄存器量子比特的数值配置。最小为1，最大为8。该数值与右侧量子电路编程面板最后一条横线c寄存器后面的数字保持一致。
运行结果展示模块:创建电路编程模块保存电路信息结束以后,可查看电路运行结果,可对运行后的结果进行编辑,包括任务取消、量子计算机筛选、搜索输入实验名称、点击搜索图表，完成对实验结果的搜索并展示在列表中。点击“刷新”后，会将“量子计算机”及“搜索”中的筛选条件清空，并将列表还原至默认状态,以及电路任务的删除操作。
本发明通过这四个模块疏通了量子云计算实现电路编程的技术，参考图1，具体电路编程流程图如下：
步骤一：用户在浏览器(web client)登录，向授权认证服务(AuthoritionServer)请求授权，
步骤二：认证通过后，获取用户信息点击开始电路编程，跳转到概览页面。
步骤三：新建电路编程，跳转到电路编程页面。
步骤四：在电路编程页面开始配置寄存器以及经典寄存器，以及设置电路图，进行保存。
步骤五：创建电路编程完成，查看运行电路任务结果列表以及包括任务的状态。
量子云计算和微服务架构的融合,系统化的展示量子电路图形。
通过认证用户登录，电路编程概览展示，电路编程创建，结果展示等一系列的联调实现完整的结构体系，达到图形化实验电路编程的目的。
在微服务架构下使用，量子云的广泛应用，运行模式可用性强，适用范围广，需求前景广泛。
通过量子云计算实现电路编程,更好的解决研究人员对量子电路的理解,形象的展示量子电路图,方便更加深入的对量子电路进行研究探索提供了平台，大大降低了研发的时间成本，提高了系统的延展性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于量子云计算实现系统，其特征在于，
包括四个模块：登录认证模块、电路编程概览模块、创建电路编程模块、运行结果展示模块；其中
登录认证模块：用户点击开始电路编程，判断用户是否登录；
电路编程概览模块：登录成功后，通过web页面以及微服务后台技术展示用户创建的电路实验名称、实验ID、量子寄存器、经典寄存器和更新时间的信息；
创建电路编程模块：为量子电路编程的操作页面，用户在本页面完成对量子电路的操作，并将量子电路的以Json格式传到量子计算机上，完成实验；
运行结果展示模块：所有的待完成任务及已完成任务结果都展示在本页面中，切换任务列表及运行结果TAB可查看不同分类的列表内容。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
登录认证模块：用户点击开始电路编程，authorition认证服务是整个微服务架构的一个服务节点，功能是向客户端提供授权认证。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，
用户通过浏览器访问系统时，首先检测用户是否已经登录，若未登录则跳转至认证服务提供的登录界面，用户填写认证信息后，登录认证服务检测信息的正确性，若用户信息正确，则向浏览器发送携带用户信息的token；整个登录认证及授权操作完成。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
电路编程概览模块：通过登录认证，进入到电路编程概览页面，通过新建电路编程，跳转到电路编程详情。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，
当鼠标移动到量子实验名称上显示编辑按钮，可对实验进行重命名；当表中没有被选中的实验时，该按钮不可点击；当表中有被选中的实验时，点击“删除”按钮后，弹出确认窗口，用户点击“确定”后，选中的实验会被删除。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
创建电路编程模块：包括量子电路实验名称，点击输入框，可按照规则修改实验名称；
用户通过量子寄存器点的“增减”按钮，完成q量子比特的配置，数值最小为1，最大为8；
q量子比特的数值每增加1，此时面板中增加一条横线，横线从q[0]开始，依次加1。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
运行结果展示模块:创建电路编程模块保存电路信息结束以后,可查看电路运行结果,可对运行后的结果进行编辑，包括任务取消、量子计算机筛选、搜索输入实验名称、点击搜索图表，完成对实验结果的搜索并展示在列表中；
刷新后，将“量子计算机”及“搜索”中的筛选条件清空，并将列表还原至默认状态,以及电路任务的删除操作。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
工作流程如下：
步骤一：用户在浏览器登录，向授权认证服务请求授权，
步骤二：认证通过后，获取用户信息点击开始电路编程，跳转到概览页面；
步骤三：新建电路编程，跳转到电路编程页面；
步骤四：在电路编程页面开始配置寄存器以及经典寄存器，以及设置电路图，进行保存；
步骤五：创建电路编程完成，查看运行电路任务结果列表以及包括任务的状态。
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