[发明专利]一种量子化生物种群数量估计方法

说明书

本发明实施例提供了一种量子化生物种群数量估计方法，该方法包括：获取多个生物种群在第一时刻的数量；根据多个生物种群在第一时刻的数量、和第一量子线路，依次获得多个生物种群在第一时刻之后的N个时刻的数量，其中，第一量子线路根据生物种群相互竞争模型预先建立。相对于基于经典计算机的估计方法，采用该方法减少了使用的计算资源。

技术领域

本发明涉及量子计算和量子生物领域，尤其涉及一种量子化生物种群数量估计方法。

背景技术

在很多领域中，利用非线性方程进行状态或演化的模拟和计算是很常见的，例如利用生物种群相互竞争的演化方程、复杂流体的动力学方程等来获取相应的演化或状态结果。目前，线性微分方程已经有通解方法而且对线性系统的研究也已非常详尽，对于一般的非线性微分方程，找到解析解是很困难甚至不可能的。所以，对于演化的生物竞争种群数量的估计，可以通过获取非线性微分方程的数值解的方法来得到估计结果。但是，现有的基于经典计算机的获取估计结果的方法，耗费的计算资源很大。

因此，对于大规模生物种群的种群数量的演化，需要一种新的估计方法。

发明内容

本发明的实施例提供一种量子化生物种群数量估计方法，相较于基于经典计算机的数值估计方法，可以大大减少消耗的计算资源。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为，一方面提供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。

优选地，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。

优选地，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

具体地，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直积获得第三量子态，将第三量子态输入第一量子线路，获得第二量子态。

具体地，制备两份第一量子态，根据两份第一量子态的直积获得第三量子态，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。

具体地，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；