一种量子比特的状态演化模拟方法及相关装置与流程

本发明属于量子计算，特别是一种量子比特的状态演化模拟方法及相关装置。

背景技术：

1、量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机因其具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，例如，能将破解密钥的时间从数百年加速到数小时，故成为一种正在研究中的关键技术。

2、量子计算模拟是一个借助数值计算和计算机科学来仿真遵循量子力学规律的模拟计算，作为一个仿真程序，它依据量子力学的量子比特的基本定律，利用计算机的高速计算能力，刻画量子态的时空演化。然而现实环境中的量子比特是抽象的，无法通过肉眼直接观察其状态演化；常见的量子计算模拟方法中，也仅向用户展示经过量子电路计算后的量子比特的最终演化状态。普通用户难以理解量子比特的量子态是如何随着量子逻辑门操作，而逐步发生演化的。

3、因此，有必要提供一种量子比特的可视化表达方法，直观地向用户展现量子比特的状态演化全过程，使用户清楚了解各量子逻辑门产生的效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种量子比特的状态演化模拟方法及相关装置，通过对量子比特的可视化表达，直观地向用户展现量子比特的状态演化全过程，使用户清楚了解各量子逻辑门产生的效果。

2、本发明的一个实施例提供了一种量子比特的状态演化模拟方法，应用于虚拟现实设备，所述方法包括：

3、响应用户发出的量子电路搭建指令和操作，在虚拟现实空间中搭建量子电路模型，所述量子电路模型包括量子比特模型和量子逻辑门模型；

4、响应所述用户发出的运行指令，控制所述量子比特模型根据时序的先后顺序，在所述量子电路模型中从初始位置到所述量子逻辑门模型所在位置上移动，并显示移动过程中所述量子比特模型经过每一所述量子逻辑门模型所在位置的状态。

5、可选的，所述响应所述用户发出的电路搭建指令和操作，在虚拟现实空间中搭建量子电路模型，包括：

6、响应用户发出的量子电路搭建指令，在虚拟现实空间中生成空白量子电路；

7、接收所述用户的选择操作，生成所述选择操作对应的模型，若所述选择操作为对量子比特的选择操作，所述模型为量子比特模型；若所述选择操作为对量子逻辑门的选择操作，所述模型为量子逻辑门模型；

8、接收所述用户对所述模型的放置操作，将所述模型放置到所述空白量子电路中的目标位置，所述目标位置为满足预设规则的位置，所述预设规则为所述量子电路模型对应的真实量子电路运行所需满足的规则。

9、可选的，所述接收所述用户对所述模型的放置操作，将所述模型放置到所述空白量子电路中的目标位置，包括：

10、接收所述用户对所述模型的放置操作，并判断所述放置操作的放置位置是否为目标位置；

11、若为所述目标位置，控制所述模型显示第一特征，并将所述模型放置到所述目标位置；

12、若不为所述目标位置，控制所述模型显示第二特征，以指示重新选择放置位置直至所述放置位置为所述目标位置，所述第一特征与所述第二特征不相同。

13、可选的，在所述响应用户发出的量子电路搭建指令和操作，在虚拟现实空间中搭建量子电路模型之后，所述方法还包括：

14、响应所述用户发出的保存指令，保存当前时刻的量子电路模型；

15、响应所述用户发出的加载指令，在所述虚拟现实空间中自动搭建已保存的最后一个量子电路模型。

16、可选的，在所述响应所述用户发出的运行指令，控制所述量子比特模型根据时序的先后顺序，在所述量子电路模型中从初始位置到所述量子逻辑门模型所在位置上移动之后，所述方法还包括：

17、响应所述用户发出的复位指令，控制所述量子比特模型返回所述初始位置。

18、可选的，在所述响应用户发出的量子电路搭建指令和操作，在虚拟现实空间中搭建量子电路模型之后，所述方法还包括：

19、响应所述用户发出的清空指令，控制所述量子比特模型返回所述初始位置，并清除所述量子电路模型中的所有量子逻辑门模型。

20、可选的，所述量子比特模型为量子比特的布洛赫球模型，所述布洛赫球模型包括以球心为原点的相互正交的三维坐标轴和球面点，所述移动过程中所述量子比特模型经过每一所述量子逻辑门模型所在位置的状态的变化，表示为所述球面点在所述布洛赫球模型上的位置变化；

21、所述方法还包括:

22、接收所述用户对所述布洛赫球模型的旋转操作，控制所述球面点与所述球心的连线以所述三维坐标轴为旋转轴，沿所述旋转操作所指示的方向和角度进行旋转，并显示旋转后的球面点及其对应的状态方程。

23、可选的，所述量子比特模型显示为发光球体，所述发光球体的颜色为第一颜色与第二颜色的线性混合，所述移动过程中所述量子比特模型经过每一所述量子逻辑门模型所在位置的状态的变化，表示为所述发光球体的颜色变化；

24、所述方法还包括：

25、接收所述用户对所述量子比特模型的测量操作，控制所述发光球体的颜色显示为第一颜色或第二颜色，所述第一颜色表示所述量子比特坍缩到基态，所述第二颜色表示所述量子比特坍缩到激发态。

26、本发明的又一实施例提供了一种量子比特的状态演化模拟装置，应用于虚拟现实设备，所述装置包括：

27、搭建模块，用于响应用户发出的量子电路搭建指令和操作，在虚拟现实空间中搭建量子电路模型，所述量子电路模型包括量子比特模型和量子逻辑门模型；

28、运行模块，用于响应所述用户发出的运行指令，控制所述量子比特模型根据时序的先后顺序，在所述量子电路模型中从初始位置到所述量子逻辑门模型所在位置上移动，并显示移动过程中所述量子比特模型经过每一所述量子逻辑门模型所在位置的状态。

29、本发明的又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项中所述的方法。

30、本发明的又一实施例提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项中所述的方法。

31、可以看出，本发明提供的量子比特的状态演化模拟方法和装置应用于虚拟现实设备，通过响应用户发出的量子电路搭建指令和操作，在虚拟现实空间中搭建量子电路模型，量子电路模型包括量子比特模型和量子逻辑门模型；响应用户发出的运行指令，控制量子比特模型根据时序的先后顺序，在量子电路模型中从初始位置到所述量子逻辑门模型所在位置上移动，并显示移动过程中量子比特模型经过每一量子逻辑门模型所在位置的状态。

32、此方法通过构建包括量子比特模型和量子逻辑门模型的量子电路模型，控制量子比特模型在量子逻辑门模型所在位置上移动，并显示移动过程中量子比特模型经过每一量子逻辑门模型所在位置的状态，实现了量子比特的可视化表达，向用户展现量子比特的状态演化全过程，使用户清楚了解各量子逻辑门产生的效果，从而加深用户对量子比特和量子逻辑门的理解，提高了用户的学习效果。