[发明专利]一种量子化生物种群数量估计方法

权利要求书

1.一种量子化生物种群数量估计方法，所述方法包括：

获取多个生物种群在第一时刻的数量；

根据所述多个生物种群在第一时刻的数量、和第一量子线路，依次获得所述多个生物种群在第一时刻之后的N个时刻的数量，其中，所述第一量子线路根据生物种群相互竞争模型预先建立；

所述第一量子线路，包括：

分别由若干量子比特构成辅助系统和第一、第二工作系统；

将第一、第二工作系统制备为第一量子态；

对所述辅助系统施加分波量子门，将其制备为多个本征态的叠加态；

根据所述辅助系统的状态，对第一、第二工作系统施加多个量子门操作；

对辅助系统施加合波量子门；

测量辅助系统的状态，当其处于|0〉状态时，读取第一工作系统的量子末态，获得第二量子态。

2.根据权利要求1所述的方法,其中,获得多个生物种群在所述N个时刻中包含的第二时刻的数量包括:

根据多个生物种群在第二时刻的前一个时刻的数量，确定第一量子态，将所述第一量子态通过第一量子线路，获得第二量子态；

通过测量第二量子态，确定多个生物种群在第二时刻的数量。

3.根据权利要求1所述的方法,其中,所述生物种群相互竞争模型的数学表达式为:

其中，n为生物种群个数，x_j(t)为各生物种群随时间变化的种群数量,j＝1,2,..,n，z_j(t)＝x_j(t)/N_j，λ_j是第j个种群的种群数量的固有增长率，N_j是第j个种群的最大容量，是指对于供养第j个种群的资源来说，单位数量的第k个种群对该资源的消耗速率与单位数量的第j个种群对该资源的消耗速率之比，且当k＝j时有

4.根据权利要求3所述的方法,其中,根据多个生物种群在第二时刻的前一个时刻的数量，确定第一量子态，将所述第一量子态通过第一量子线路，获得第二量子态，包括：

根据多个生物种群在第二时刻的前一个时刻的数量，确定第一量子态，制备两份第一量子态，根据两份第一量子态的内积获得第三量子态，将第三量子态输入第一量子线路，获得第二量子态。

5.根据权利要求4所述的方法,其中,制备两份第一量子态，根据两份第一量子态的内积获得第三量子态，其数学表示式为:

其中，|Φ^(m)为第三量子态，|ψ^(m)为第一量子态，为t＝m·τ时刻的各生物种群的种群数量、τ为迭代时间步长。

6.根据权利要求3所述的方法,其中,所述第一量子线路通过以下步骤建立:

根据生物种群相互竞争模型确定第一量子算符，所述第一量子算符用于依据第一量子态，和生物种群相互竞争模型中多个生物种群在前时刻的数量对应的量子态，确定多个生物种群在后时刻的数量对应的量子态；

确定与第一量子算符对应的第一量子线路。

7.根据权利要求6所述的方法,其中,第一量子算符的数学表示式为：

其中，τ为迭代时间步长，为第一量子算符，其矩阵形式的矩阵元为：

其中，0≤p,q,r,g≤n。

8.根据权利要求6所述的方法,其中,所述确定与第一量子算符对应的第一量子线路，包括，

将第一量子算符分解为多个酉算符及其叠加系数的乘积的线性组合；

根据所述线性组合中多个酉算符的叠加系数，确定分波算符和合波算符；

根据所述多个酉算符，确定其分别对应的所述多个量子门；

根据所述分波算符、合波算符,确定其分别对应的所述分波量子门和合波量子门。

9.根据权利要求8所述的方法,其中,将第一量子算符分解为多个酉算符及其叠加系数的乘积的线性组合，其数学表达式为：

其中，为第一量子算符，为酉算符，c_s为酉算符叠加系数，d为酉算符数量,s为酉算符下标；

若辅助系统上的量子态位于{|e₀,|e₁,…,|e_d-1}张成的希尔伯特空间，其中，|e₀,|e₁,…,|e_d-1为张成所述希尔伯特空间的本征态，构造分别作用于{|e₀,|e₁},{|e₀,|e₂},…,{|e₀,|e_d-1}二维子空间的酉变换和

所述分波算符合波算符的数学表达式为：