[发明专利]一种量子电路仿真平台

说明书

技术领域

本发明属于量子信息科学技术领域。本发明涉及一种量子电路仿真平台，这包括了一套量子电路类库，一种量子电路设计计算演示平台。本发明适用于相关研究人员设计、计算量子电路，设计量子电路算法，展示设计电路。

背景技术

量子电路实质上是由各种量子门组成的可逆逻辑电路，具有某种特定的函数功能，其电路的特点是：输入线数与输出线数相等、没有扇入与扇出、没有反馈、电路分层级联。量子电路与经典电路不同，输入态和输出态都是经典信号，用量子力学的语言来描述，也即是，其输入态和输出态都是某一力学量的本征态，而量子电路的输入态和输出态为一般的叠加态。由此可见，量子计算对经典计算作了极大的扩充，经典计算是一类特殊的量子计算。

学界对量子电路的研究目前还处于起步阶段，研究方向主要分为量子电路综合、优化以及检测三个方向。对特定功能量子电路的综合方法仍然在不断改进中，常用的综合方法仍然要或多或少地借用枚举，复杂度并不低。在高复杂度情况下，高效的数据结构及其尽可能减少不必要步骤的基础操作是十分必要的。

由于相关研究人员对计算机理解程度不同，不同人员在设计相同或类似算法时产生的时间误差较大，获得的算法也很难移植。此外，设计程序时需要从底层的量子电路的数据结构开始搭建，对于新的算法则需要重新设计适用的数据结构，过程复杂并且耗费大量时间。因此需要统一数据结构，接收标准输入，可以产生标准输出，算法可提取移植的量子电路仿真平台。

另一方面，非相关研究人员往往不太了解量子电路以及量子电路的计算过程，在没有图例的情况下也比较难解释。本发明可以自动绘制量子电路图和量子电路计算结果灰度仿真图，在一定程度上可以帮助了解量子电路。

已知的相关仿真平台仅有University Bremen设计的可逆电路仿真模拟平台revkit。revkit仿真平台是一个辅助设计可逆电路的开源工具包，也可称为revkit类库。该类库的强处在于综合、优化可逆电路，但是对量子电路设计，尤其是量子电路类库鲜有设计。在国内还没有相关仿真平台出现。本发明参考了revkit的设计思路，以可扩展性高、灵活度高为宗旨，采用了自主设计的仿真平台架构。

发明内容

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种量子电路仿真平台，包括一套量子电路类库，一种量子电路设计计算演示平台；

量子电路类库：包括门库模块、基础数据结构模块、量子电路基本操作模块、量子电路复杂算法模块、调用模块；

量子电路设计计算演示平台：分为浏览器端与服务器端，其中服务器端包括核心运算模块、指令接收模块、输出显示模块。

门库模块，由一个文件夹以及对该文件夹进行操作的程序组成，文件夹中又包含多个子文件夹，每一个子文件夹代表一个具体的门库，子文件夹中存储“.rule”后缀文件，文件内容为非基本门的化简规则以及基本门的计算规则。

基础数据结构模块由量子门、量子电路线、量子电路的基础数据结构以及允许对其数据结构进行的操作组成。

量子电路基本操作模块：核心操作为添加量子电路线、删除量子电路线、添加量子门、删除量子门、计算量子电路，其中添加与删除量子电路线的位置只能在线序的首部与尾部，同时也存在其他非基本操作。

量子电路复杂算法模块：用户能够根据该层所提供的方法自定义新的算法并存储。

调用模块：将量子电路基本操作模块和量子电路复杂算法模块中部分方法加工成指令以便调用，同时可以输出三份“.txt”格式文档，分别是提示与错误信息、量子电路文档、量子电路计算结果文档。

核心运算模块：以量子电路类库为基础，对于量子电路类库的调用模块所能提供的所有封装方法都加工并保留。

指令接收模块：接收并处理用户在浏览器端所输入的内容，对处理后的内容进行简单检查，检查无误后依次调用核心运算模块提供的封装方法。

输出显示模块：传输提示与错误信息、量子电路简单信息、量子电路图、量子电路计算结果灰度仿真图。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

在本发明的量子电路类库部分的门库模块中：抽象了基于不同门库的量子电路的构造方法，对于新发现的可行的量子门库，不需要重新设计仿真平台的计算模块，仅需在门库模块添加相应量子门库规则。