一种基于量子选票的分组式计票方法及装置与流程

1.本发明涉及量子信息技术领域，特别涉及一种基于量子选票的分组式计票方法及装置。

背景技术：

2.电子投票是指选民通过数字系统而不是在纸上进行投票，电子投票的安全性和公平性是二十多年学术界的研究重点，随着量子信息技术的进步，量子投票在近10年来成了学术界的一个研究热点。
3.由于现有的选票只能处于0或者1这样的确定性的状态，现有的投票、计票的机制与方法均无法打破阿罗不可能定理；在现实生活的投票中，很多时候选民对于待表决的议题并不是单纯的赞成(1)或反对(0)，这样的态度用现有选票是无法表达的。
4.利用量子态来进行表达，虽然能使选票实现更多样性的表达，但其需要操纵的量子比特数会随着投票人数量的增长而指数增长，当投票人数较多的时候，需要生成与操纵大量的量子比特，使其运算将变得极其复杂，难以快速而有效的统计出运算结果。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种需要操纵的量子比特数会随着投票人数量的增长而线性增长的量子选票的分组式计票方法。
6.因此，根据本发明公开的一个方面，一种基于量子选票的分组式计票方法，包括以下步骤：
7.s1：获取各个投票者的量子选票；量子选票采用二维希尔伯特空间上的密度算子来表示相互对立的二元所对应的量子比特；
8.s2：按照确定的分组票数对获取的量子选票进行分组；
9.s3：通过量子电路分别对各组量子选票进行逻辑运算，计算出个各组量子选票对应的各个量子比特，并分别以各个量子比特形成新的量子选票；
10.s4：重复步骤s2至s3，直至形成的量子选票的票数小于等于分组票数；
11.s5：通过量子电路对步骤s4中的量子选票进行逻辑运算，计算出对应的量子比特，并对量子比特进行的计算基测量，确定计算基的量子比特状态；
12.s6：根据计算基的量子比特状态，输出计算结果。
13.具体的，计算基为由|0》和|1》组成的正交基{|0＞,|1》}；其中|0》和|1》为量子比特的两种纯态。
14.更具体的，步骤s2包括：按照投票者类型，对量子选票进行分类；把分类后的各个量子选票分别按照确定的分组票数进行分组；把分组后的量子选票，按照投票者类型，分别发送到对应的量子电路；其中，各投票者类型分别设有对应的量子电路。
15.更具体的，步骤s5包括：分别对各个量子比特进行计算基的测量，确定各个计算基的量子比特状态。
16.以上的，投票者包括普通投票者，普通投票者对应的量子电路为多数制投票量子电路；多数制投票量子电路对应的数学模型为：电路；多数制投票量子电路对应的数学模型为：其中，ρ为二维希尔伯特空间上的密度算子，n表示第一分组票数；为矩阵间的运算符号，表示张量积的运算，and和or均为逻辑运算符号，分别表示逻辑与的运算和逻辑或的运算。
17.具体的，投票者包括否决者，否决者对应的量子电路为否决式投票量子电路；否决式投票量子电路对应的数学模型为：其中，ρ为二维希尔伯特空间上的密度算子，m表示第二分组票数；为矩阵间的运算符号，表示张量积的运算，and为逻辑运算符号，表示逻辑与的运算。
18.另一具体的，投票者包括提名者，提名者对应的量子电路为提名式投票量子电路；提名式投票量子电路对应的数学模型为：其中，ρ为二维希尔伯特空间上的密度算子，s表示第三分组票数；为矩阵间的运算符号，表示张量积的运算，or为逻辑运算符号，表示逻辑逻辑或的运算。
19.根据本发明公开的再一方面，提供了一种基于量子选票的分组式计票装置，包括：信息采集模块、量子选票生成模块、分组模块、信息汇总模块、以及若干个量子计票单元；量子计票单元包括量子数量计算模块、测量模块和若干个量子电路；信息采集模块用于采集选票信息；量子选票生成模块内置有量子选票模型，用于根据确定的选票信息生成量子选票，并分别把选票发送到分组模块；分组模块用于根据确定的投票者类型对获取的量子选票进行分类，以及用于根据确定的分组票数对量子选票进行分组，并把分组后的量子选票发送到对应的量子电路；其中，各投票者类型分别设有对应的量子电路；各个量子电路根据分别用于对各组量子选票进行逻辑运算，计算出个各组量子选票对应的各个量子比特；量子数量计算模块用于分别统计计算出的各投票者类型所对应的量子比特的数量，并分别判断所对应的量子比特的数量是否大于确定的分组票数；测量模块用于对对应的量子比特进行的计算基测量，确定计算基的量子比特状态；信息汇总模块用于根据各个计算基的量子比特状态，计算出投票结果。
20.根据本发明公开的再一方面，提供了一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令，处理器执行指令时实现如上的一种基于量子选票的分组式计票方法的步骤。
21.根据本发明公开的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上的一种基于量子选票的分组式计票方法的步骤。
22.本技术的有益效果：一种基于量子选票的分组式计票方法，按照确定的分组票数对获取的量子选票进行分组，分别对各组量子选票进行逻辑运算，计算出个各组量子选票对应的各个量子比特，并分别以所述各个量子比特形成新的量子选票；通过对生成的量子选票进行多次的分组及逻辑运算，使需要操纵的量子比特的数量从随投票人数呈指数性增长，减少为呈线性增长，可大大减少需要生成与操纵的量子比特的数量。
附图说明
23.通过结合附图对于本发明公开的示例性实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：
24.图1所示的是本发明实施例的一种基于量子选票的分组式计票方法示意性流程图；
25.图2所示的是本发明实施例的一种基于量子选票的分组式计票装置的程序模块示意图；
26.图3所示的是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图；
27.图4所示的是本发明实施例的计算3个量子选票时的多数制投票量子电路；
28.图5所示的是本发明实施例的计算2个量子选票时的否决式投票量子电路；
29.图6所示的是本发明实施例的计算3个量子选票时时的否决式投票量子电路；
30.图7所示的是本发明实施例的计算n个量子选票时的否决式投票量子电路；
31.图8所示的是本发明实施例的计算2个量子选票时的提名式投票量子电路；
32.图9所示的是本发明实施例的计算3个量子选票时的提名式投票量子电路；
33.图10所示的是本发明实施例的计算n个量子选票时的简化前的提名式投票量子电路；
34.图11所示的是本发明实施例的计算n个量子选票时的简化后的提名式投票量子电路。
具体实施方式
35.以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本发明揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本发明的内容不充分。
36.除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。
37.请参阅图1，本实施例提出一种基于量子选票的分组式计票方法，包括以下步骤s1至s6：
38.s1：获取各个投票者的量子选票；量子选票采用二维希尔伯特空间上的密度算子来表示相互对立的二元所对应的量子比特。
39.s2：按照确定的分组票数对获取的量子选票进行分组。
40.更具体的，步骤s2以下包括：
41.s21：按照投票者类型，对量子选票进行分类；其中，投票者类型包括普通投票者、否决者或提名者中的一种或多种；
42.s22：把分类后的各个量子选票分别按照确定的分组票数进行分组；
43.s23：把分组后的量子选票，按照投票者类型，分别发送到对应的量子电路。
44.其中，各投票者类型分别设有对应的量子电路。
45.s3：通过量子电路分别对各组量子选票进行逻辑运算，计算出个各组量子选票对应的各个量子比特，并分别以各个量子比特形成新的量子选票。
46.其中，量子电路由若干toffoli门和泡利x门构成。
47.s4：重复步骤s2至s3，直至形成的量子选票的票数小于等于分组票数；
48.s5：通过量子电路对步骤s4中的量子选票进行逻辑运算，计算出对应的量子比特，并对量子比特进行的计算基测量，确定计算基的量子比特状态；其中，计算基为由|0》和|1》组成的正交基{|0》,|1＞}；其中|0＞和|1＞为量子比特的两种纯态。
49.更具体的，步骤s5包括：分别对各个量子比特进行计算基的测量，确定各个计算基的量子比特状态。
50.s6：根据计算基的量子比特状态，输出计算结果。
51.具体的，当投票者为普通投票者时，对应的量子电路为多数制投票量子电路。多数制投票量子电路对应的数学模型为：制投票量子电路对应的数学模型为：其中，ρ为二维希尔伯特空间上的密度算子，n表示第一分组票数；为矩阵间的运算符号，表示张量积的运算，and和or均为逻辑运算符号，分别表示逻辑与的运算和逻辑或的运算。
52.在本实施例中，如图4所示，为当普通投票者的量子选票对应的分组票数为3时，对应的多数制投票量子电路。此时，对应的数学模型为：应的多数制投票量子电路。此时，对应的数学模型为：
53.以投票者为普通投票者时为例，当投票人的数量等于9(即32)时，先把9个量子选票(即9个量子比特)分成三组，每组3个量子选票(对应3个量子比特)；然后，再分别把每一组中的量子选票对应的3个量子比特发送到多数制投票量子电路进行逻辑运算，生成对应的运算结果(每组运算的结果均为1个量子比特)。3组量子选票分别进行计算后，其计算结果形成的3个量子比特可视作为新的量子选票，再重新发送到多数制投票量子电路中进行逻辑运算，得出1个量子比特的运算结果，完成了以多数制投票为基础的9个量子选票的逻辑运算；得到逻辑运算的运算结果后，对该量子比特进行计算基的测量；如果测量结果为1，则输出“通过”；反之则输出“不通过”。
54.类似地，当投票人的数量等于27(33)时，我们进行相似操作：先将27个投票人分成九组，每组3人。分别把每一组中的量子选票对应的3个量子比特发送到多数制投票量子电
路进行逻辑运算，9组选票则对应的逻辑运算结果为9个量子比特；把9个量子比特视作为新的量子选票，再分成三组，按照上述同样的操作，通过多数制投票量子电路进行逻辑运算，最终得到1个个量子比特的运算结果，并对该量子比特进行计算基的测量；如果测量结果为1，则输出“通过”；反之则输出“不通过”。
55.以上过程可以推广至任意n＝3k的场景。不难算出，当n＝3时，执行上述过程对应的电路图所需操纵的量子比特的数量等于8。当n＝9时，执行上述过程对应的电路图所需操纵的量子比特的数量等于8
×
3+5＝29。当n＝27时，执行上述过程对应的电路图所需操纵的量子比特的数量等于29
×
3+5＝92。当n＝81时，执行上述过程对应的电路图所需操纵的量子比特的数量等于92
×
3+5＝281。当n＝243时，执行上述过程对应的电路图所需操纵的量子比特的数量等于281
×
3+5＝848。通过进一步计算可知，当投票人的数量等于n时，执行上述过程对应的电路图所需操纵的量子比特的数量不超过4n；有效需要生成与操纵的量子比特的数量。
56.额外的，当投票者包括否决者时，否决者对应的量子电路为否决式投票量子电路；否决式投票量子电路对应的数学模型为：其中，ρ为二维希尔伯特空间上的密度算子，m表示第二分组票数(即否决者所对应的分组票数)；为矩阵间的运算符号，表示张量积的运算，and为逻辑运算符号，表示逻辑与的运算。
57.在本实施例中，图5、图6和图7分别为计算的量子选票的数量为2、3或n时的否决式投票量子电路。其中，第二分组票数m可为否决者的人数，此时，即不对否决者所对应的量子选票作分组；也可根据实际情况而确定具体的第二分组票数m。
58.与上述同理，进行计算基{|0＞,|1＞}测量时，若测量的结果为1，则提案通过；反之则不通过。
59.额外的，当投票者包括提名者时，提名者对应的量子电路为提名式投票量子电路；提名式投票量子电路对应的数学模型为：其中，ρ为二维希尔伯特空间上的密度算子，s表示第三分组票数；为矩阵间的运算符号，表示张量积的运算，or为逻辑运算符号，表示逻辑逻辑或的运算。
60.在本实施例中，图8、图9、图10和图11分别为计算的量子选票的数量为2、3、n(简化前)或n(简化后)时的提名式投票量子电路。其中，第三分组票数s可为提名者的人数，此时，即不对提名者所对应的量子选票作分组；也可根据实际情况而确定具体的第三分组票数s。
61.与上述同理，进行计算基{|0＞,|1＞}测量时，若测量的结果为1，则提案通过；反之则不通过。
62.进一步的，上述步骤s1至s6对应的为一个计票器的计算步骤，在实际应用中，需要采用多个计票器分别进行逻辑运算并进行计算基的测量，再对各个计票器的计算结果进行统计，方能得出最终的投票结果。
63.例如有一个提案，m台计票器{c1,
…
,cm},n个普通投票者{v1,
…
,vn}。
64.1、每一个投票者都将他的选票都用一个2维希尔伯特空间上的密度算子表示，记为{ρ1，
…
，ρn}。
65.选票ρn采用二维希尔伯特空间上的密度算子来表示，即ρn＝a|1》《1|+b|0》《0|，a表示该选票赞成的程度，b表示该选票反对的程度，其中，a＞0，b＞0，且满足a+b＝1。以1表示赞成提案，0表示反对提案，若投票者对提案持80％赞成，20％反对的态度，这种态度可以用
0.8|1》《1|+0.2|0》《0|这样的量子态来表示。
66.由于量子态是不可克隆的，因此，需要对每一台投票器ci，每一个投票者vj都制备个ρn并将他们发送给ci。
67.2、每一台计票器ci都对它所收到的选票(包括个ρ1，个ρ2，个ρn)根据确定的多数制投票模型)根据确定的多数制投票模型进行运算，计算出对应的量子运算表达。
68.3、每一台计票器ci都对都对进行计算基{|0》，|1》}测量。如果测量结果为0，则记录0；如果测量结果为1，则记录1。其中，当且仅当ρ1，
…
，ρn中的n个量子态中至少存在个的量子比特状态为|1》《1|时，计票器的测量结果为“1”；反之为0。
69.4、每一台计票器都将上一步记录的数字发给其他计票器。
70.5、每一台计票器都根据它所收到的所有记录而输出：若有一半以上的记录为1，则输出“通过”；反之则输出“不通过”。
71.其中，上述的各台计票器可分布在不同的地方或区域，因此，实现多台计票器的获得相同的记录结果，并同时输出记录，可保证不同地方的选民都能在同一时间很方便的知道投票的结果。
72.若投票者同时包括普通投票者、否决者和提名者；则在一个计票器中亦同时包括多数制投票量子电路、否决式投票量子电路以及提名式投票量子电路；且仅当多数制投票量子电路、否决式投票量子电路以及提名式投票量子电路的所对应的计算基的测量结果均为“1”时，该计票器的输出结果才为“1”，表示提案通过。
73.请继续参阅图2，示出了一种基于量子选票的分组式计票装置，在本实施例中，该装置可以包括或被分割成一个或多个程序模块，一个或者多个程序模块被存储于存储介质中，并由一个或多个处理器所执行，以完成本发明，并可实现上述基于量子选票的多数制计票方法。本发明所称的程序模块是指能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，比程序本身更适合于描述上述基于量子选票的多数制计票方法在存储介质中的执行过程。以下描述将具体介绍本实施例各程序模块的功能。上述装置包括：信息采集模块、量子选票生成模块、信息汇总模块、以及若干个量子计票单元；量子计票单元包括分组模块、量子数量计算模块、测量模块、计算结果输出模块和若干个量子电路；
74.信息采集模块用于采集选票信息。
75.量子选票生成模块内置有量子选票模型，用于根据确定的选票信息生成量子选票，并分别把选票发送到分组模块。
76.分组模块用于根据确定的投票者类型对获取的量子选票进行分类，以及用于根据
确定的分组票数对量子选票进行分组，并把分组后的量子选票发送到对应的量子电路；其中，各投票者类型分别设有对应的量子电路。
77.各个量子电路根据分别用于对各组量子选票进行逻辑运算，计算出个各组量子选票对应的各个量子比特。
78.量子数量计算模块用于分别统计计算出的各投票者类型所对应的量子比特的数量，并分别判断所对应的量子比特的数量是否大于确定的分组票数。
79.测量模块用于对对应的量子比特进行的计算基测量，确定计算基的量子比特状态。
80.计算结果输出模块用于根据各类投票者所对应的量子选票的计算基的量子比特状态，计算并输出对应的计算结果。
81.信息汇总模块用于根据各个计算基的量子比特状态，计算出投票结果。
82.本实施例还提供一种计算机设备，如可以执行程序的智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、机架式服务器、刀片式服务器、塔式服务器或机柜式服务器(包括独立的服务器，或者多个服务器所组成的服务器集)等。本实施例的计算机设备20至少包括但不限于：可通过系统总线相互通信连接的存储器21、处理器22，如图3所示。需要指出的是，图3仅示出了具有组件21-22的计算机设备20，但是应理解的是，并不要求实施所有示出的组件，可以替代的实施更多或者更少的组件。
83.本实施例中，存储器21(即可读存储介质)包括闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘等。在一些实施例中，存储器21可以是计算机设备20的内部存储单元，例如该计算机设备20的硬盘或内存。在另一些实施例中，存储器21也可以是计算机设备20的外部存储设备，例如该计算机设备20上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)等。当然，存储器21还可以既包括计算机设备20的内部存储单元也包括其外部存储设备。本实施例中，存储器21通常用于存储安装于计算机设备20的操作系统和各类应用软件，例如实施例中的基于量子选票的分组式计票装置的程序代码等。此外，存储器21还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的各类数据。
84.处理器22在一些实施例中可以是中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、控制器、微控制器、微处理器、或其他数据处理芯片。该处理器22通常用于控制计算机设备20的总体操作。本实施例中，处理器22用于运行存储器21中存储的程序代码或者处理数据，例如运行基于量子选票的分组式计票装置，以实现实施例一的基于量子选票的分组式计票方法。
85.本实施例还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，sd或dx存储器等)、随机访问存储器(ram)、静态随机访问存储器(sram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、app应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现相应功能。本实施例的计算机可读存储介质用于存储基于量子选票的分组式计票装置，被处理器执行时实现实施例一的基于量子选票的分组式计票方法。
86.综上所述，根据示例性实施例，本技术的一种基于量子选票的分组式计票方法，按照确定的分组票数对获取的量子选票进行分组，分别对各组量子选票进行逻辑运算，计算出个各组量子选票对应的各个量子比特，并分别以所述各个量子比特形成新的量子选票；通过对生成的量子选票进行多次的分组及逻辑运算，使需要操纵的量子比特的数量从随投票人数呈指数性增长，减少为呈线性增长，可大大减少需要生成与操纵的量子比特的数量。
87.以下为与本技术相关的定义的说明：
88.定义1【希尔伯特空间】一个有穷维希尔伯特空间h是：
89.一个复向量空间，也就是说，对于任意φ，ψ∈h以及任意都有aφ+bψ∈h。带有标量积运算使得对任意φ，ψ，χ∈h以及任意都有
[0090][0091]
《φ|φ》≥0，
[0092]
《φ|φ》＝0当且仅当φ＝0，
[0093]
《φ|aψ+bχ》＝a《φ|ψ》+b《φ|χ》。
[0094]
一个量子系统在数学上由一个希尔伯特空间表示。一个量子系统的状态由希尔伯特空间里的向量表示。用狄拉克记号|φ》表示一个向量，用||φ||表示|φ》的范数，并通过如下方式计算：范数为1的向量称之为单位向量。
[0095]
定义2【正交基】一个希尔伯特空间h的一个正交基是一个两两正交的单位向量集合{|φi》}，也就是说，对于任意|φi》，|φj》我们都有《φi|φj》＝0并且《φi|φi》＝1。
[0096]
量子比特是量子信息的基本单位，正如比特是经典信息的基本单位。量子比特作为一个物理系统在数学上由2维希尔伯特空间表示。常用的量子比特状态有|0》和|1》，其中量子比特的计算基是指由|0》和|1》组成的正交基。
[0097]
给定一个希尔伯特空间h上的向量|φ》，它的对偶《φ|是一个从h到复数集的函数，其作用方式是将|ψ》∈h映射成《φ|ψ》。等价的，《φ|可以看做是|φ》转置共轭：若则这里c1，
…
，cn是复数，表示他们的共轭。例如《0|＝[1 0]，《1|＝[0 1]，
[0098]
多个量子比特所形成的系统由单个量子比特的张量积表示：
[0099]
定义3【张量积】给定一个向量则它们的张量积为
[0100]
[0101]
比如|0》和|1》的张量积是通常为了简便我们将记作|a，b》。
[0102]
除了向量，矩阵也可以做张量积运算：
[0103][0104]
|0》和|1》是量子比特的两个常用的纯态，更一般的量子比特的混合态在数学上由密度算子来表示。密度算子的定义较为复杂，我们需要先介绍算子、伴随、投影、轨迹等概念：
[0105]
定义4【算子】一个希尔伯特空间h上的算子是一个从h到h的线性映射。
[0106]
若h是个n维希尔伯特空间，则每一个n
×
n矩阵都是h上的算子.例如是上的算子
[0107]
定义5【伴随】给定一个希尔伯特空间h上的算子a，它的伴随a
*
是一个满足如下条件的h上的算子：对任意φ，ψ∈h都有《a
*
φ|ψ》＝《φ|aψ》。
[0108]
定义6【投影】一个希尔伯特空间h上的投影p是一个满足如下条件的算子：pp＝p并且p＝p
*
。
[0109]
定义7【轨迹】给定一个希尔伯特空间h上的算子a，其轨迹由如下方式计算：
[0110]
tr(a)＝∑i《i|a|i》，其中{|i》}是h的一个正交基。
[0111]
根据概念，定义半正定算子和密度算子：
[0112]
定义8【半正定算子】一个希尔伯特空间h上的算子a是个半正定算子当如下条件满足：存在h上的算子b使得a＝b
*
b。
[0113]
定义9【密度算子】一个希尔伯特空间h上的半正定算子a是个密度算子当如下条件满足：a＝a
*
并且tr(a)＝1。
[0114]
例如和都是密度算子。事实上，对任何一个单位向量|v》，|v》《v|都是一个密度算子。
[0115]
定义10【toffoli门】toffoli门是个希尔伯特空间上的算子，其计算方式如下：其中xi∈{0，1}。
[0116]
利用toffoli门，我们定义量子合取运算
[0117]
[0118]
其中ρ，σ是2维希尔伯特空间上的密度算子，tr
1，2
表示作用于第一和第二个量子比特上的偏轨迹运算，简单的说就是抛弃第一和第二个量子比特同时对第三个量子比特不做任何改变。例如，
[0119][0120][0121][0122][0123][0124][0125][0126][0127]
量子合取运算可以很自然地扩展到多个量子比特：
[0128]
我们接着用泡利x门来定义量子否定运算，泡利x门的矩阵表示如下：
[0129][0130]
利用x门，我们定义量子否定运算
[0131]
not(ρ)＝xρx。
[0132]
例如not(|0》《0|)＝x|0》《0|x＝|1》《1|。我们用量子否定运算和量子合取运算定义量子析取运算
[0133][0134]
量子析取运算可以很自然地扩展到多个量子比特：
[0135][0136]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0137]
流程图中或在此以其它方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0138]
本技术领域的普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0139]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0140]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。
[0141]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种基于量子选票的分组式计票方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：获取各个投票者的量子选票；所述量子选票采用二维希尔伯特空间上的密度算子来表示相互对立的二元所对应的量子态；s2：按照确定的分组票数对获取的量子选票进行分组；s3：通过量子电路分别对各组量子选票进行逻辑运算，计算出个各组量子选票对应的各个量子比特，并分别以所述各个量子比特形成新的量子选票；s4：重复步骤s2至s3，直至形成的量子选票的票数小于等于所述分组票数；s5：通过所述量子电路对步骤s4中所述的量子选票进行逻辑运算，计算出对应的量子比特，并对所述量子比特进行的计算基测量，确定所述计算基的量子比特状态；s6：根据所述计算基的量子比特状态，输出计算结果。2.根据权利要求1所述的一种基于量子选票的分组式计票方法，其特征在于：所述计算基为由|0>和|1>组成的正交基{|0>,|1>}；其中所述|0>和|1>为量子比特的两种纯态。3.根据权利要求2所述的一种基于量子选票的分组式计票方法，其特征在于，所述步骤s2包括：按照投票者类型，对量子选票进行分类；把分类后的各个量子选票分别按照确定的分组票数进行分组；把分组后的所述量子选票，按照投票者类型，分别发送到对应的量子电路；其中，各投票者类型分别设有对应的量子电路。4.根据权利要求3所述的一种基于量子选票的分组式计票方法，其特征在于：所述步骤s5包括：分别对各个量子比特进行计算基的测量，确定各个所述计算基的量子比特状态。5.根据权利要求3或4所述的一种基于量子选票的分组式计票方法，其特征在于：所述投票者包括普通投票者，所述普通投票者对应的量子电路为多数制投票量子电路；所述多数制投票量子电路对应的数学模型为：所述多数制投票量子电路对应的数学模型为：其中，ρ为二维希尔伯特空间上的密度算子，n表示第一分组票数；为矩阵间的运算符号，表示张量积的运算，and和or均为逻辑运算符号，分别表示逻辑与的运算和逻辑或的运算。6.根据权利要求5所述的一种基于量子选票的分组式计票方法，其特征在于：所述投票者包括否决者，所述否决者对应的量子电路为否决式投票量子电路；所述否决式投票量子电路对应的数学模型为：其中，ρ为二维希尔伯特空间上的密度算子，m表示第二分组票数；为矩阵间的运算符号，表示张量积的运算，and为逻辑运算符号，表示逻辑与的运算。7.根据权利要求5所述的一种基于量子选票的分组式计票方法，其特征在于：所述投票者包括提名者，所述提名者对应的量子电路为提名式投票量子电路；
所述提名式投票量子电路对应的数学模型为：其中，ρ为二维希尔伯特空间上的密度算子，s表示第三分组票数；为矩阵间的运算符号，表示张量积的运算，or为逻辑运算符号，表示逻辑逻辑或的运算。8.一种基于量子选票的分组式计票装置，采用权利要求1至7任一项所述的基一种基于量子选票的分组式计票方法，其特征在于，包括：信息采集模块、量子选票生成模块、分组模块、信息汇总模块、以及若干个量子计票单元；所述量子计票单元包括量子数量计算模块、测量模块和若干个量子电路；所述信息采集模块用于采集选票信息；所述量子选票生成模块内置有量子选票模型，用于根据确定的选票信息生成量子选票，并分别把选票发送到分组模块；所述分组模块用于根据确定的投票者类型对获取的量子选票进行分类，以及用于根据确定的分组票数对量子选票进行分组，并把分组后的量子选票发送到对应的量子电路；其中，各投票者类型分别设有对应的量子电路；各个所述量子电路根据分别用于对各组量子选票进行逻辑运算，计算出个各组量子选票对应的各个量子比特；所述量子数量计算模块用于分别统计计算出的各投票者类型所对应的量子比特的数量，并分别判断所对应的量子比特的数量是否大于确定的分组票数；所述测量模块用于对对应的量子比特进行计算基的测量，确定所述计算基的量子比特状态；所述信息汇总模块用于根据各个计算基的量子比特状态，计算出投票结果。9.一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1至7任意一项所述方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现权利要求1至7任意一项所述方法的步骤。

技术总结

本发明公开了一种基于量子选票的分组式计票方法，涉及量子信息技术领域，特别涉及一种基于量子选票的分组式计票方法及装置；该方法按照确定的分组票数对获取的量子选票进行分组，分别对各组量子选票进行逻辑运算，计算出个各组量子选票对应的各个量子比特，并分别以所述各个量子比特形成新的量子选票；通过对生成的量子选票进行多次的分组及逻辑运算，使需要操纵的量子比特的数量从随投票人数呈指数性增长，减少为呈线性增长，可大大减少需要生成与操纵的量子比特的数量。生成与操纵的量子比特的数量。生成与操纵的量子比特的数量。