本發(fā)明屬于量子計算虛擬機(jī)領(lǐng)域，涉及量子計算算力模擬以及量子算法運行和測試需求，具體涉及一種基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、量子虛擬系統(tǒng)是一種軟件工具，用于模擬量子系統(tǒng)的行為，它可以模擬量子計算機(jī)的運行過程，幫助研究人員理解和驗證量子算法的效果，并在實際量子計算機(jī)不可用或者不方便使用時進(jìn)行算法開發(fā)和優(yōu)化，從而幫助開發(fā)人員在實際硬件之前調(diào)試和驗證量子程序的正確性，并評估量子計算機(jī)的性能和可擴(kuò)展性。

2、該系統(tǒng)可以模擬包括量子比特、量子門操作和量子測量等在內(nèi)的各種量子系統(tǒng)，基于量子力學(xué)的原理通過使用數(shù)值計算方法，模擬量子比特的疊加態(tài)、糾纏態(tài)以及它們之間的相互作用得到演化和測量結(jié)果。同時，用戶可以定義和操縱量子比特的初始狀態(tài)，選擇量子門操作來模擬量子計算的過程，并進(jìn)行量子測量來獲取結(jié)果。模擬器會根據(jù)量子力學(xué)的規(guī)則計算量子比特的演化，并輸出模擬結(jié)果，通過模擬器，研究人員可以驗證量子算法的正確性、量子比特的相互作用效果以及，量子糾纏的產(chǎn)生和應(yīng)用等方面。

3、目前，量子虛擬系統(tǒng)包括基于向量的模擬器和基于矩陣的模擬器兩種類型，其中，基于向量的模擬器適用于模擬比較小規(guī)模的量子系統(tǒng)，它使用線性代數(shù)的方法來計算量子比特的演化。而基于矩陣的模擬器適用于模擬更大規(guī)模的量子系統(tǒng)，它使用密度矩陣來表示量子態(tài)的混合態(tài)，并使用矩陣運算的方法來計算量子比特的演化。但是目前在航空領(lǐng)域，尚未開展量子虛擬機(jī)技術(shù)相關(guān)研究。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是公開一種基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法，該方法可以滿足量子計算算力模擬以及量子算法運行和測試需求，能夠支持shor、grover、信息安全、人工智能領(lǐng)域等通用量子算法的運行測試，可以為量子算法在航空領(lǐng)域典型應(yīng)用場景中的演示驗證提供支撐。所述方法包括以下步驟：

2、s1、采用量子計算編程技術(shù)生成or?igi?n?i?r量子程序，對所述or?i?gi?n?i?r量子程序解析得到算法參數(shù)和任務(wù)清單；

3、s2、對所述算法參數(shù)校驗，校驗通過后將所述任務(wù)清單保存至數(shù)據(jù)庫中；

4、s3、依據(jù)數(shù)據(jù)庫的映射關(guān)系表，獲取所述任務(wù)清單中任務(wù)的每個子任務(wù)的任務(wù)執(zhí)行參數(shù)；

5、s4、依據(jù)所述任務(wù)清單和所有所述任務(wù)執(zhí)行參數(shù)，調(diào)用計算集群和服務(wù)器群的算法進(jìn)行多次量子計算得到量子計算結(jié)果，將所述量子計算結(jié)果保存至所述數(shù)據(jù)庫中，所述量子計算結(jié)果包括當(dāng)前計算總次數(shù)和每次計算結(jié)果；

6、s5、依據(jù)概率測量技術(shù)對所述量子計算結(jié)果進(jìn)行正確性判斷得到最終計算結(jié)果。

7、進(jìn)一步地，步驟s1中，采用量子計算編程技術(shù)生成or?igi?n?i?r量子程序，對所述or?igi?n?i?r量子程序解析得到算法參數(shù)和任務(wù)清單，包括：

8、s11、建立航空量子仿真計算系統(tǒng)與經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)的通信鏈接，在數(shù)據(jù)庫中建立任務(wù)與子任務(wù)之間、子任務(wù)之間、任務(wù)執(zhí)行參數(shù)之間的映射關(guān)系表；

9、s12、采用量子計算編程技術(shù)通過經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)生成or?igi?n?i?r量子程序，通過http請求將所述or?igi?n?i?r量子程序發(fā)送給所述航空量子仿真計算系統(tǒng)；

10、s13、對所述or?igi?n?i?r量子程序解析得到算法參數(shù)和任務(wù)清單，其中，所述任務(wù)清單包括每個任務(wù)及其所有子任務(wù)，所述算法參數(shù)包括量子參數(shù)和經(jīng)典參數(shù)。

11、更進(jìn)一步地，步驟s11中，所述子任務(wù)包括量子傅里葉變換子任務(wù)、模指運算子任務(wù)和量子逆傅里葉變換子任務(wù)。

12、進(jìn)一步地，所述方法還包括：s6、通過輪詢所述數(shù)據(jù)庫的方式，查詢所述當(dāng)前計算總次數(shù)和當(dāng)前計算結(jié)果。

13、進(jìn)一步地，所述方法還包括：s7、將所述最終計算結(jié)果輸出進(jìn)行處理和展示。

14、本發(fā)明實施例還提供了一種基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算系統(tǒng)，包括經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)和航空量子仿真計算系統(tǒng)，所述經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)與所述航空量子仿真計算系統(tǒng)之間互聯(lián)，所述航空量子仿真計算系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫、計算任務(wù)調(diào)度件、任務(wù)調(diào)度管理件、量子仿真計算件和超算服務(wù)群。

15、其中，所述數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲有映射關(guān)系表、任務(wù)清單和量子計算結(jié)果；

16、所述計算任務(wù)調(diào)度件與所述經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)和所述數(shù)據(jù)庫連接，用于對所述經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)輸出的or?igi?n?i?r量子程序進(jìn)行解析得到算法參數(shù)和任務(wù)清單，用于對所述數(shù)據(jù)庫內(nèi)的所述量子計算結(jié)果進(jìn)行正確性判斷；

17、所述任務(wù)調(diào)度管理件與所述計算任務(wù)調(diào)度件連接，用于根據(jù)接收的所述任務(wù)清單從所述映射關(guān)系表中提取任務(wù)執(zhí)行參數(shù)；

18、所述量子仿真計算件與所述任務(wù)調(diào)度管理件、所述數(shù)據(jù)庫和所述超算服務(wù)群連接，用于調(diào)用所述超算服務(wù)群的算法根據(jù)接收的所述任務(wù)清單和所述任務(wù)執(zhí)行參數(shù)進(jìn)行多次量子計算得到量子計算結(jié)果。

19、本發(fā)明實施例還提供了一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)上述任意的基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法，該方法可以滿足量子計算算力模擬以及量子算法運行和測試需求，能夠支持shor、grover、信息安全、人工智能領(lǐng)域等通用量子算法的運行測試，為量子算法在航空領(lǐng)域典型應(yīng)用場景中的演示驗證提供支撐法。

20、本發(fā)明實施例還提供了一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有執(zhí)行上述任意的基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法的計算機(jī)程序，該方法可以滿足量子計算算力模擬以及量子算法運行和測試需求，能夠支持shor、grover、信息安全、人工智能領(lǐng)域等通用量子算法的運行測試，為量子算法在航空領(lǐng)域典型應(yīng)用場景中的演示驗證提供支撐法。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本說明書實施例采用的上述至少一個技術(shù)方案能夠達(dá)到的有益效果至少包括：本發(fā)明的方法可以滿足量子計算算力模擬以及量子算法運行和測試需求，能夠支持shor、grover、信息安全、人工智能領(lǐng)域等通用量子算法的運行測試，為量子算法在航空領(lǐng)域典型應(yīng)用場景中的演示驗證提供支撐法。

技術(shù)特征：

1.一種基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法，其特征在于，采用量子計算編程技術(shù)生成originir量子程序，對所述originir量子程序解析得到算法參數(shù)和任務(wù)清單，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法，其特征在于，所述子任務(wù)包括量子傅里葉變換子任務(wù)、模指運算子任務(wù)和量子逆傅里葉變換子任務(wù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法，其特征在于，所述方法還包括：通過輪詢所述數(shù)據(jù)庫的方式，查詢所述當(dāng)前計算總次數(shù)和當(dāng)前計算結(jié)果。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法，其特征在于，所述方法還包括：將所述最終計算結(jié)果輸出進(jìn)行處理和展示。

6.一種基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算系統(tǒng)，其特征在于，包括經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)和航空量子仿真計算系統(tǒng)，所述經(jīng)典計算機(jī)系統(tǒng)與所述航空量子仿真計算系統(tǒng)之間互聯(lián)，所述航空量子仿真計算系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫、計算任務(wù)調(diào)度件、任務(wù)調(diào)度管理件、量子仿真計算件和超算服務(wù)群；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于量子計算虛擬機(jī)領(lǐng)域，公開了一種基于經(jīng)典超算的航空量子仿真計算方法及系統(tǒng)，所述方法包括：采用量子計算編程技術(shù)生成Or?igi?n?I?R量子程序，對Or?igi?n?I?R量子程序解析得到算法參數(shù)和任務(wù)清單；對算法參數(shù)校驗，校驗通過后將任務(wù)清單保存至數(shù)據(jù)庫中；依據(jù)數(shù)據(jù)庫的映射關(guān)系表獲取任務(wù)清單中任務(wù)的每個子任務(wù)的任務(wù)執(zhí)行參數(shù)；依據(jù)任務(wù)清單和所有任務(wù)執(zhí)行參數(shù)，調(diào)用計算集群和服務(wù)器群的算法進(jìn)行多次量子計算得到量子計算結(jié)果，依據(jù)概率測量技術(shù)對量子計算結(jié)果進(jìn)行正確性判斷得到最終計算結(jié)果。本發(fā)明可滿足量子計算算力模擬以及量子算法運行和測試需求，為量子算法在航空領(lǐng)域典型應(yīng)用場景中的演示驗證提供支撐法。

技術(shù)研發(fā)人員：楊子怡,文鵬程,李成文,譚琪璘,顏洪,王中華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航空工業(yè)集團(tuán)公司西安航空計算技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24