一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法及装置

技术领域

本发明属于量子计算技术领域，特别是一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法及装置。

背景技术

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。

随着现代化技术的日益发展，量子技术使得数字化计算能力实现了指数级提升。量子比特位数越多，计算速度随之成倍增长，其发挥的功能也就越强大。但是，在为用户提供量子计算在线演示、教育科普及模拟服务方面，用户在计算机交互界面中构建量子逻辑门并运行量子线路时，某些功能尚不完善，操作仍不够简单，这对于量子计算的广泛普及是个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法及装置，以解决现有技术中的不足，它能够使得用户在构建量子线路的同时，同步添加量子线路中量子逻辑门的转置共轭标识符并实现添加量子逻辑门控制比特的可视化展示。

本申请的一个实施例提供了一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法，包括：

在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作；

响应所述添加操作，在所述量子线路上显示添加后的量子逻辑门；

接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的编辑操作；

响应所述编辑操作，在所述终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式。

可选的，所述接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的编辑操作，包括：

接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的选中操作，响应所述选中操作，显示所述选中操作对应量子逻辑门的功能编辑项；

接收用户针对所述功能编辑项的触发操作，其中，所述功能编辑项包括：添加转置共轭标识符和添加控制比特。

可选的，所述响应所述编辑操作，在所述终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式，包括：

在所述功能编辑项为添加转置共轭标识符的情况下，响应所述触发操作，将对应的量子逻辑门的酉矩阵进行转置共轭操作，显示添加转置共轭标识符后的量子逻辑门。

可选的，所述响应所述编辑操作，在所述终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式，包括：

在所述功能编辑项为添加受控比特的情况下，响应所述触发操作，跳转至控制比特添加展示界面，显示待添加的受控比特，并显示用户针对所述待添加的受控比特的选择操作所对应的所述量子逻辑门的受控状态展示。

可选的，所述方法还包括：

显示编辑量子逻辑门后的量子线路，接收并响应用户针对该量子线路的运行操作，执行该量子线路包含的量子比特的量子态演化，显示运行后的量子比特的量子态及对应概率结果。

本申请的另一个实施例提供了一种在终端界面编辑量子逻辑门的装置，包括：

第一接收模块，用于在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作；

第一响应模块，用于响应所述添加操作，在所述量子线路上显示添加后的量子逻辑门；

第二接收模块，用于接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的编辑操作；

第二响应模块，用于响应所述编辑操作，在所述终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式。

可选的，所述第二接收模块，包括：

第一接收单元，用于接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的选中操作，响应所述选中操作，显示所述选中操作对应量子逻辑门的功能编辑项；

第二接收单元，用于接收用户针对所述功能编辑项的触发操作，其中，所述功能编辑项包括：添加转置共轭标识符和添加控制比特。

可选的，所述第二响应模块，包括：

第一响应单元，用于在所述功能编辑项为添加转置共轭标识符的情况下，响应所述触发操作，将对应的量子逻辑门的酉矩阵进行转置共轭操作，显示添加转置共轭标识符后的量子逻辑门。

可选的，所述第二响应模块，包括：

第二响应单元，用于在所述功能编辑项为添加受控比特的情况下，响应所述触发操作，跳转至控制比特添加展示界面，显示待添加的受控比特，并显示用户针对所述待添加的受控比特的选择操作所对应的所述量子逻辑门的受控状态展示。

可选的，所述装置还包括：

显示模块，用于显示编辑量子逻辑门后的量子线路，接收并响应用户针对该量子线路的运行操作，执行该量子线路包含的量子比特的量子态演化，显示运行后的量子比特的量子态及对应概率结果。

本申请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。

本申请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。

与现有技术相比，本发明首先在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作，响应添加操作，在量子线路上显示添加后的量子逻辑门，接收用户针对添加后的量子逻辑门的编辑操作，响应编辑操作，在终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式，使得用户在构建并运行量子线路时，同步添加量子线路中量子逻辑门的转置共轭标识符并实现添加量子逻辑门控制比特的可视化展示，提升用户体验，填补相关技术的空白。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法的计算机终端的硬件结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法的流程示意图；

图3a是本发明实施例提供的一种初始状态的量子线路示意图；

图3b是本发明实施例提供的一种添加量子逻辑门操作后的量子线路示意图；

图3c是本发明实施例提供的一种选中量子逻辑门操作后的量子线路示意图；

图3d是本发明实施例提供的一种选中量子逻辑门操作后的放大示意图；

图3e是本发明实施例提供的一种添加转置共轭操作后的量子线路示意图；

图3f是本发明实施例提供的一种选择添加量子逻辑门控制比特前的界面示意图；

图3g是本发明实施例提供的一种选择添加量子逻辑门控制比特后的界面示意图；

图3h是本发明实施例提供的一种实现转置共轭和控制比特操作的量子线路示意图；

图4是本发明实施例提供的一种在终端界面编辑量子逻辑门装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

目前，量子计算趋向于高级表达，对于对量子计算知之甚少的用户的初级学习，还不足以做到清晰的展示量子计算整个由简单到复杂的计算过程，例如是量子线路的计算演化和物理实现的可视化展示过程。为此，本发明实施例提供一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法及装置、存储介质和电子装置。

下面首先详细介绍一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法，该方法优选应用于终端，例如计算机、智能手机等等。

下面以运行在计算机终端上为例对其进行详细说明。图1为本发明实施例提供的一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法的计算机终端的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述计算机终端还可以包括用于通信功能的传输装置106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机终端的结构造成限定。例如，计算机终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的实现一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法对应的程序指令/模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

需要说明的是，真正的量子计算机是混合结构的，它包含两大部分：一部分是经典计算机，负责执行经典计算与控制；另一部分是量子设备，负责运行量子程序进而实现量子计算。而量子程序是由量子语言如QRunes语言编写的一串能够在量子计算机上运行的指令序列，实现了对量子逻辑门操作的支持，并最终实现量子计算。具体的说，量子程序就是一系列按照一定时序操作量子逻辑门的指令序列。

在实际应用中，因受限于量子设备硬件的发展，通常需要进行量子计算模拟以验证量子算法、量子应用等等。量子计算模拟即借助普通计算机的资源搭建的虚拟架构(即量子虚拟机)实现特定问题对应的量子程序的模拟运行的过程。通常，需要构建特定问题对应的量子程序。本发明实施例所指量子程序，即是经典语言编写的表征量子比特及其演化的程序，其中与量子计算相关的量子比特、量子逻辑门等等均有相应的经典代码表示。

量子线路作为量子程序的一种体现方式，也称量子逻辑电路，是最常用的通用量子计算模型，表示在抽象概念下对于量子比特进行操作的线路，其组成包括量子比特、线路(时间线)，以及各种量子逻辑门，最后常需要通过量子测量操作将结果读取出来。

不同于传统电路是用金属线所连接以传递电压信号或电流信号，在量子线路中，线路可看成是由时间所连接，亦即量子比特的状态随着时间自然演化，在这过程中按照哈密顿运算符的指示，一直到遇上逻辑门而被操作。

一个量子程序整体上对应有一条总的量子线路，本发明所述量子程序即指该条总的量子线路，其中，该总的量子线路中的量子比特总数与量子程序的量子比特总数相同。可以理解为：一个量子程序可以由量子线路、针对量子线路中量子比特的测量操作、保存测量结果的寄存器及控制流节点(跳转指令)组成，一条量子线路可以包含几十上百个甚至千上万个量子逻辑门操作。量子程序的执行过程，就是对所有的量子逻辑门按照一定时序执行的过程。需要说明的是，时序即单个量子逻辑门被执行的时间顺序。

需要说明的是，经典计算中，最基本的单元是比特，而最基本的控制模式是逻辑门，可以通过逻辑门的组合来达到控制电路的目的。类似地，处理量子比特的方式就是量子逻辑门。使用量子逻辑门，能够使量子态发生演化，量子逻辑门是构成量子线路的基础，量子逻辑门包括单比特量子逻辑门，如Hadamard门(H门，哈德玛门)、泡利-X门(X门)、泡利-Y门(Y门)、泡利-Z门(Z门)、RX门、RY门、RZ门等等；多比特量子逻辑门，如CNOT门、CR门、iSWAP门、Toffoli门等等。量子逻辑门一般使用酉矩阵表示，而酉矩阵不仅是矩阵形式，也是一种操作和变换。一般量子逻辑门在量子态上的作用是通过酉矩阵左乘以量子态右矢对应的矩阵进行计算的。

参见图2，图2为本发明实施例提供的一种在终端界面编辑量子逻辑门的方法的流程示意图，可以包括如下步骤：

S201：在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作。

具体的，在终端界面首先可以预先添加量子线路，其后设置量子比特的个数和操作量子比特的量子逻辑门，每个量子比特对应一条时间线，时间线可以根据用户的需求构建，量子逻辑门被设置在时间线上。

在一种实现方式中，添加量子线路可以包括但不限于：设置量子比特的个数、添加量子逻辑门及设置其参数、添加控制比特等操作。

示例性的，终端可以为计算机，终端界面接收至少显示一个量子比特对应的表示、初始量子态和时间线。若初始化状态下的量子线路上无可用量子逻辑门，则可单击进行选择增加单个量子逻辑门或量子逻辑门的预设集合。同时，当添加量子逻辑门的操作完成后，可单击该量子逻辑门进行选择性的替换、删除或参数设置，也可双击该量子逻辑门实现快捷删除，还可按住该量子逻辑门的图标进行拖动等操作。

S202：响应所述添加操作，在所述量子线路上显示添加后的量子逻辑门。

具体的，参见图3a为本实施例提供的一种初始状态的量子线路示意图，如图所示，第0位的量子比特表示为q[0]，0为量子比特位数，初始量子态为0态，表示为量子态右矢|0>，时间线为一条横线，时间线上方的数字1、2、3等阿拉伯数字即为时序编号，表示第一个、第二个和第三个等时序编号。

示例性的，当用户点击时序1下方正对着的、q[0]对应的时间线处的预设功能项，会弹出包括预设量子逻辑门集合的悬浮框，点击悬浮框中的量子逻辑门，例如为H门(Hadamard门)，响应该选中添加操作，在时间线上该处相应位置显示代表该H门的图标，同时悬浮框消失；继续在q[3]对应的时间线上增加Y门(泡利-Y门)，增加方式与H门同理，得到图3b所示的本实施例提供的一种添加量子逻辑门操作后的量子线路示意图。

S203：接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的编辑操作。

具体的，可以接收用户针对添加后的量子逻辑门的选中操作，响应选中操作，显示选中操作对应量子逻辑门的功能编辑项；接收用户针对所述功能编辑项的触发操作，其中，所述功能编辑项包括：添加转置共轭标识符和添加控制比特。

示例性的，终端为计算机，终端界面接收至少一个量子逻辑门的编辑操作，例如，单击图3b中的H图标，即可选定H图标所代表的H门，并在图标的右上方显示悬浮框，如图3c所示，该悬浮框中包含两个代表不同功能项的图标，其中，图示中的

需要说明的是，其中字母A可代表任意的量子逻辑门，例如，当A代表X门时，表示的量子逻辑门的名称为“泡利-X门”和矩阵形式

字母A右上方的图标为转置共轭标识符，其有两种状态，分别为不存在状态和存在状态，前者用来表示量子逻辑门不处于转置共轭状态，后者用来表示量子逻辑门处于转置共轭状态。

可选的，前者表示不存在的状态可以通过省略不显示任何信息表示；后者表示存在状态的，可以用指定符号标识；其中，指定符号可以为

转置共轭标识符为量子逻辑门右上角一符号，且可通过省略不显示任何信息来表示当前量子逻辑门不处于转置共轭状态，通过

S204：响应所述编辑操作，在所述终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式。

具体的，终端在接收用户的编辑操作后会进行响应，进而在界面中实时显示选择不同功能项而预设的展现方式，可以包括：

接收用户针对所述量子逻辑门编辑功能项的选择操作，响应选择操作，在终端界面可视化显示被选择的所述编辑功能项的预设展示；然后，接收用户针对所述功能编辑项的触发操作，其中，功能编辑项包括但不限于：添加转置共轭标识符和添加控制比特。

在一种可选的实施方式中，在所述功能编辑项为添加转置共轭标识符的情况下，响应所述触发操作，将对应的量子逻辑门的酉矩阵进行转置共轭操作，显示添加转置共轭标识符后的量子逻辑门。

如图3c所示，用户通过点击添加转置共轭标识符的功能项图标

在另一种可选的实施方式中，在所述功能编辑项为添加受控比特的情况下，响应所述触发操作，跳转至控制比特添加展示界面，显示待添加的受控比特，并显示用户针对所述待添加的受控比特的选择操作所对应的所述量子逻辑门的受控状态展示。

示例性的，如图3c所示，用户选中H门，通过点击添加控制比特操作的功能项图标(

需要说明的是，上述显示量子线路的终端界面均可通过切换至显示量子程序的界面。该显示量子程序的界面实际上可以是一个可编辑的输入框，用户能够直接在输入框中编辑量子程序，主要是基于量子语言的编程操作，如增、删、改、复制、粘贴等操作，用于供用户学习量子编程。用户通过在显示量子程序界面的输入框区域编辑量子程序，该编辑后的量子程序可同步回显至显示量子线路的终端界面。达到将量子编程形象直观地进行可视化展示，加深用户对量子编程与计算的理解，同时也方便用户查缺纠错，在设计出自己想要的量子线路的同时，也能得到一段准确的量子程序。

综上，用户构建一条包含6个量子比特q[0]、q[1]、q[2]、q[3]、q[4]、q[5]的量子线路，该线路包含2个单量子逻辑门：位列时序1(表示第一个时序，其余同理)内的H门、位于时序1内的Y门，其中，q[0]执行H门，q[3]执行Y门，H门添加了转置共轭标识符，用于表示H门的转置共轭；同时H门设置了两个控制比特，表示只有当q[1]、q[2]的量子态均为1时，才会执行

如图3h所示，终端界面显示编辑量子逻辑门后的量子线路，还可以接收并响应用户针对该量子线路的运行操作，依时序进行量子逻辑门操作，执行该量子线路包含的量子比特的量子态演化，显示运行后的量子比特的量子态及对应概率结果。

具体的，终端界面显示编辑量子逻辑门后的量子线路，此时需要添加测量操作，其目的是采用反复执行的方法，用测量值频率去拟合量子比特状态概率分布，并将量子比特的测量结果保存到经典寄存器上，随后触发终端界面上的运行操作，接收并响应用户针对该量子线路的运行操作，执行该量子线路包含的量子比特的量子态演化，跳转至显示界面，显示运行后的量子比特的量子态及对应概率结果。

实际上，一个量子逻辑门操作，在硬件上是通过对量子比特施加一个模拟脉冲信号实现的，量子逻辑门与模拟脉冲信号一一对应，因此整条量子线路对应一个总的脉冲序列。由前述可知，量子程序也是如此，与量子线路整体对应，量子程序体现量子计算的高级表达，便于用户深入学习量子语言及编程，量子线路则具象化展示量子程序中关于量子操作的部分，体现量子计算的物理意义。

需要强调的是，预设展示形式的显示方式，并不限于上述提及的实现手段，也可采用不同的展现方式等等，对此不作限定。

与现有技术相比，本发明首先在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作，响应添加操作，在量子线路上显示添加后的量子逻辑门，接收用户针对添加后的量子逻辑门的编辑操作，响应编辑操作，在终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式，使得用户在构建并运行量子线路时，同步添加量子线路中量子逻辑门的转置共轭标识符并实现添加量子逻辑门控制比特的可视化展示，提升用户体验，填补相关技术的空白。

参见图4，图4为本发明实施例提供的一种在终端界面编辑量子逻辑门装置的结构示意图，可以包括：

第一接收模块401，用于在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作；

第一响应模块402，用于响应所述添加操作，在所述量子线路上显示添加后的量子逻辑门；

第二接收模块403，用于接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的编辑操作；

第二响应模块404，用于响应所述编辑操作，在所述终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式。

具体的，所述第二接收模块，包括：

第一接收单元，用于接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的选中操作，响应所述选中操作，显示所述选中操作对应量子逻辑门的功能编辑项；

第二接收单元，用于接收用户针对所述功能编辑项的触发操作，其中，所述功能编辑项包括：添加转置共轭标识符和添加控制比特。

具体的，所述第二响应模块，包括：

第一响应单元，用于在所述功能编辑项为添加转置共轭标识符的情况下，响应所述触发操作，将对应的量子逻辑门的酉矩阵进行转置共轭操作，显示添加转置共轭标识符后的量子逻辑门。

具体的，所述第二响应模块，包括：

第二响应单元，用于在所述功能编辑项为添加受控比特的情况下，响应所述触发操作，跳转至控制比特添加展示界面，显示待添加的受控比特，并显示用户针对所述待添加的受控比特的选择操作所对应的所述量子逻辑门的受控状态展示。

具体的，所述装置还包括：

显示模块，用于显示编辑量子逻辑门后的量子线路，接收并响应用户针对该量子线路的运行操作，执行该量子线路包含的量子比特的量子态演化，显示运行后的量子比特的量子态及对应概率结果。

与现有技术相比，本发明首先在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作，响应添加操作，在量子线路上显示添加后的量子逻辑门，接收用户针对添加后的量子逻辑门的编辑操作，响应编辑操作，在终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式，使得用户在构建并运行量子线路时，同步添加量子线路中量子逻辑门的转置共轭标识符并实现添加量子逻辑门控制比特的可视化展示，提升用户体验，填补相关技术的空白。

本申请实施例还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方法实施例中的步骤。

具体的，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S201：在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作；

S202：响应所述添加操作，在所述量子线路上显示添加后的量子逻辑门；

S203：接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的编辑操作；

S204：响应所述编辑操作，在所述终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式。

具体的，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

与现有技术相比，本发明首先在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作，响应添加操作，在量子线路上显示添加后的量子逻辑门，接收用户针对添加后的量子逻辑门的编辑操作，响应编辑操作，在终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式，使得用户在构建并运行量子线路时，同步添加量子线路中量子逻辑门的转置共轭标识符并实现添加量子逻辑门控制比特的可视化展示，提升用户体验，填补相关技术的空白。

本申请实施例还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方法实施例中的步骤。

具体的，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

具体的，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S201：在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作；

S202：响应所述添加操作，在所述量子线路上显示添加后的量子逻辑门；

S203：接收用户针对所述添加后的量子逻辑门的编辑操作；

S204：响应所述编辑操作，在所述终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式。

与现有技术相比，本发明首先在终端界面量子线路上接收用户针对量子逻辑门的添加操作，响应添加操作，在量子线路上显示添加后的量子逻辑门，接收用户针对添加后的量子逻辑门的编辑操作，响应编辑操作，在终端界面可视化显示随所述量子逻辑门的编辑操作而变化的预设展现方式，使得用户在构建并运行量子线路时，同步添加量子线路中量子逻辑门的转置共轭标识符并实现添加量子逻辑门控制比特的可视化展示，提升用户体验，填补相关技术的空白。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。