[发明专利]基于分布式量子计算机的搜索方法及系统

说明书

本发明实施例公开一种基于分布式量子计算机的搜索方法及系统。该方法包括：S1、根据对指定数据库的分块，准备相应的N/K个单节点量子计算机，其中，K表示指定数据库的分块数量，所述N表示数据库中总的数据项，K为大于等于1的自然数，N为大于等于2的自然数；S2、利用量子信道将分布的所述单节点量子计算机相互连接；S3、有效初始化量比特，制备量子态；S4、对所述指定数据库执行多模式量子搜索；S5、针对每个所述分块实施局部变换；S6、对所有量子态执行1次关于平均值的反转操作，测量每个量比特。本发明克服了量比特数量和消相干效应的技术问题，确保能针对多模式大容量数据库进行快速搜索，减少了搜索次数。

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种创新量子计算架构的基于分布式量子计算机的搜索方法及系统。

背景技术

随着量子计算和量子信息技术的发展，分布式量子计算应运而生。通过量子网络将量子计算机连接起来能获得更强的计算能力。分布式量子计算具有逻辑门级并行能力，与传统的并行计算相比，这是更底层的并行。

最近，量子计算及其物理实现取得了巨大的进展，如美国IBM和英特尔公司分别宣称他们建造了具有50和49量子比特位的量子计算机，谷歌公司也正伺机而动。然而挑战依然存在，我们不能仅仅满足于量比特的数量增加，因为它们只告诉了我们事实的一部分。更关键的是量比特的性能好坏，以及算法是否高效。所有的量子计算都必须在退相干效应发生并扰乱量子比特前完成。而在目前的条件下，一群预先组装好的量子比特位会在几个微秒内就发生退相干。在这么短的时间内所能完成的逻辑操作的次数，取决于量子逻辑门切换的速度。如果这个速度过慢的话，有再多量子比特位也没用。一次计算所需要的逻辑门操作的次数被称为深度，很显然低深度的量子算法比高深度的算法更容易实现和控制。但问题的关键是它们能不能承担有意义的计算任务，尤其是量子搜索计算首当其冲。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种分布式量子搜索方法和装置，用以克服量比特数量和消相干效应的技术问题，确保能针对多模式大容量数据库进行快速搜索，以减少搜索次数。

第一方面，本发明提供一种基于分布式量子计算机的搜索方法，所述方法包括以下步骤：

S1、根据对指定数据库的分块，准备相应的N/K个单节点量子计算机，其中，K表示指定数据库的分块数量，所述N表示数据库中总的数据项，K为大于等于1的自然数，N为大于等于2的自然数；

S2、利用量子信道将分布的所述单节点量子计算机相互连接；

S3、有效初始化量比特，制备量子态；

S4、对所述指定数据库执行多模式量子搜索；

S5、针对每个所述分块实施局部变换；

S6、对所有量子态执行1次关于平均值的反转操作，测量每个量比特。

优选地，所述步骤S1包括：

S11、每个单节点量子计算机包括一个量子寄存器和有限的量比特的计算系统，均实现了一组普适逻辑门；

S12、每个单节点量子计算机中对量子位执行量子逻辑运算，所述量子逻辑运算包括：针对每个数据块将相应的状态向量乘以2^n×b的矩阵，其中，b表示数据库中数据块的比例；

S13、通过去中心化的对等网络协议注册和管理多个分布的单节点量子计算机，每对分布的单节点都是通过量子密钥分发链路相连接。

优选地，所述单节点计算系统的相干时间大于所述普适逻辑门操作时间。

优选地，所述步骤S2包括：

S21、通过量子信道将多个所述单节点量子计算机连接在一起，使得做计算的量比特和用于信息传输的量比特之间能够进行转换；