技术领域
[0001] 本发明涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种基于量子态选票的群组投票的计票处理方法、装置、量子设备及计算机可读存储介质。
相关背景技术
[0002] “投票”是一种决策方法，应用范围广泛，大到国家重大事件的决议，小到家庭的一项出行计划，都可以以投票的方式确定。通常，不同的投票机制，选票、投票人的选票份量、计票方式及投票结果的计算方式也各不相同，常用的投票机制如少数服从多数、一票通过式、一票否决式、半数通过式和董事会投票机制等。其中，所述的董事会投票机制是一种常见的投票机制。在董事会投票机制中，通过计算选票的加权平均数而获得所有投票人的投票总结果，再判断投票总结果的权重和是否超出半数，如果超过，投票结果则为通过，否则为不通过。例如，董事会中包括张三、李四和王五三个人，他们各自的选票权重都是1/3。在表决一项董事会决议是否通过时，每个选票信息为“同意”或“不同意”，这两种选票信息对应的分值分别是1和0。当三人分别投了“同意”、“不同意”和“同意”时，投票的总结果则是：1*1/3+0*1/3+1*1/3＝2/3，由于2/3大于1/2，因而投票结果是“同意”，即该项决议通过表决。另有一些类似于董事会投票的机制，投票成员具有相应的权重，用于确定提案是否通过的权重和为任意一个约定的值。
[0003] 随着科技的进步，投票制度基于选票形式和投票方式经历了几个明显的阶段：纸制投票阶段、电子投票阶段和量子投票阶段，其中，在纸制投票阶段，选票为纸制形式，投票人需要亲自到达指定投票现场投放纸制选票；在电子投票阶段，选票为数字形式，投票人可在指定投票现场或远程通过数字系统、电子设备等发送数字形式的选票；在量子投票阶段，选票为包含了选票信息的量子态形式，投票人通过特定的量子设备发出量子态的选票。
[0004] 目前的量子投票领域主要包括两个研究方向：一是为了对抗即将到来的具有超强算力的量子计算机，专家们开发了诸多基于量子方法的加密协议来保证投票的安全性；如公开号为CN 109816844 A、发明名称为“一种基于量子同态签名的量子投票系统”的专利申请通过纠缠粒子的相干性、QKD协议、一次一密加密算法和量子信道窃听检测来达到经典电子投票所不具备的无条件安全性。二是利用量子信息来表示选票信息用以实现更为公平且效力强大的投票机制，如在公告号为CN 114499840 B、发明名称为“自计数量子投票方法、系统、计算机设备及存储介质”的中国专利公开的方案中，制备方制备初始粒子序列，并在其中插入诱骗光子得到诱骗粒子序列，再分发给投票方。然而实际投票系统中有着各种各样的计票机制和方法，上述的量子投票方案的主要方向在于投票信息的安全、投票者的隐私、防止第三方纂改等，并未涉及采用量子方式进行计票处理的方案，更没有提供任何通过量子方式实现具有权重的投票成员(如董事会)投票机制的计票解决方案。
具体实施方式
[0049] 以下将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，提供这些实施方式的目的是为了使本发明的原理和精神更加清楚和透彻，使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明的原理和精神。本文中提供的示例性实施方式仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本文中的实施方式，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
[0050] 在本文中，诸如第一、第二、第三之类的用语，仅用来将一个实体(或操作)与另一个实体(或操作)区分开来，而不在于要求或暗示这些实体(或操作)之间存在任何顺序或关联。
[0051] 以下对本发明实施例中可能涉及的概念和技术术语等相关内容进行简要描述。
[0052] 在详细描述本发明实施例的量子投票机制之前，以下对本发明实施例中可能涉及的概念和技术术语等相关内容进行简要描述。
[0053] (一)希尔伯特空间
[0054] 一个量子系统在数学上可由一个希尔伯特空间表示，一个量子系统的状态可由希尔伯特空间里的向量表示。简单来讲，一个希尔伯特空间表示一个带标量积运算的复向量空间。具体地，一个有穷维希尔伯特空间H是：
[0055] (1)一个复向量空间，也就是，对于任意 以及任意 都有其中 表示复数的集合，简称复数集；
[0056] (2)带标量积运算 使得对任意 以及任意
[0057] 均有：
[0058] (2.1)
[0059] (2.2)<φ|φ>≥0；
[0060] (2.3)<φ|φ>＝0当且仅当φ＝0；
[0061] (2.4)<φ|aψ+bχ>＝a<φ|ψ>+b<φ|χ>。
[0062] 其中，狄拉克记号|φ>表示向量，||φ||表示|φ>的范数，且 范数为1的向量称为单位向量。
[0063] (二)正交基
[0064] 关于正交基，一个有穷维希尔伯特空间H的一个正交基是一个两两正交的单位向量集合{|φi)>}，其中，对于任意|φi>、|φj>，都有<φi|φj>＝0，且<φi|φi>＝1。
[0065] 量子比特是量子信息的基本单位，量子比特作为一个物理系统在数学上由二维希尔伯特空间 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由|0>和|1>组成的正交基。
[0066] 对于有穷维希尔伯特空间H上的向量|φ>，它的对偶(φ|是一个从有穷维希尔伯特空间H到复数集 的函数，其作用方式是将|ψ>∈H映射成<φ|ψ>，等价地，向量|φ>的对偶<φ|可以看作是向量|φ>的转置共轭向量，即，若| 则 其中c1，…，cn是复数， 表示它们的共轭。
[0067] 例如，<0|＝[1 0]，<1|＝[0 1]，则，
[0068] (三)张量积
[0069] 多个量子比特形成的系统可由单个量子比特的张量积来表示。若给定向量它们的张量积为： 例如，|0>和|1>的张量积为：为了简便，通常可将 记作|a，b>。
[0070] 对于矩阵的张量积运算，示例如下：
[0071]
[0072] 通常，|0>和|1>是量子比特的两个常用的纯态，更一般地，量子比特的混合态在数学上可由密度算子来表示。密度算子的定义较为复杂，以下先介绍与其相关的算子、伴随、投影、轨迹等概念。
[0073] (四)算子
[0074] 一个有穷维希尔伯特空间H上的算子是一个从H到H的线性映射。具体地，对于一个n维希尔伯特空间，每一个n×n矩阵都是n维希尔伯特空间上的算子，例如 是二维希尔伯特空间 上的算子。
[0075] (五)伴随
[0076] 若给定一个有穷维希尔伯特空间H上的算子A，它的伴随A*是一个满足如下条件的有穷维希尔伯特空间H上的算子：*
[0078] (六)投影
[0079] 一个有穷维希尔伯特空间H上的投影P，是一个满足如下条件的算子：
[0080] PP＝P并且P＝P*。
[0081] (七)轨迹
[0082] 若给定一个有穷维希尔伯特空间H上的算子A，其轨迹Tr(A)由如下方式计算：
[0083] Tr(A)＝∑i，其中{|i>}是有穷维希尔伯特空间H的一个正交基。
[0084] 基于上述的概念，以下定义半正定算子和密度算子。
[0085] (八)半正定算子
[0086] 对于一个有穷维希尔伯特空间H上的算子A，当以下条件满足时，A是个半正定算子：
[0087] 存在有穷维希尔伯特空间H上的算子B，使得A＝B*B。
[0088] (九)密度算子
[0089] 对于一个有穷维希尔伯特空间H上的半正定算子A，当以下条件满足时，A是个密度算子：
[0090] A＝A*并且Tr(A)＝1。
[0091] 例如， 和 都是密度算子。事实上，对任何一个单位向量|v>，|v>
[0092] (十)Toffoli门
[0093] 二维维希尔伯特空间上的Toffoli门是一个希尔伯特空间 上的算子，其计算方式如下：
[0094] 其中xi∈{0，1}。 表示模为2的加法运算。
[0095] (十一)量子合取运算
[0096] 利用Toffoli门定义量子合取运算，具体如下：
[0097]
[0098] 其中，ρ、σ是二维希尔伯特空间上的密度算子，分别对应第一量子比特状态和第二量子比特状态，Tr1，2表示作用于第一量子比特和第二量子比特上的偏轨迹运算，简单的说，也就是抛弃第一量子比特和第二量子比特的同时对第三量子比特不做任何改变。以下举例进行说明。
[0099] 例如，若
[0100]
[0101]
[0102]
[0103]
[0104] 能够理解，量子合取运算可扩展到多个量子比特，可表示为：
[0105]
[0106] 其中的ρ1、ρ2、ρ3分别为表示对应量子比特状态的密度算子。
[0107] (十二)量子否定运算
[0108] 利用泡利X门定义量子否定运算，泡利X门的矩阵表示如下：
[0109]
[0110] 基于X门可定义量子否定运算，如下式所示：
[0111] NOT(ρ)＝XρX。ρ为表示一个量子比特状态的密度算子。
[0112] 例如，NOT(|0><0|)＝X|0><0|X＝|1><1|。
[0113] (十三)量子析取运算(即量子逻辑或运算)
[0114] 基于量子否定运算和量子合取运算定义量子析取运算(即量子逻辑或运算)，如下式所示：
[0115]
[0116] 其中的ρ和σ分别为表示两个量子比特状态的密度算子。
[0117] 基于上式两个量子比特的析取运算可以扩展到多个量子比特的析取运算，例如三量子比特的析取运算公式如下：
[0118]
[0119] (十四)量子加权平均运算
[0120] 令0＜a，b＜1且a+b＝1，对于任意两个二维希尔伯空间上的密度算子ρ和σ，其中，所述密度算子ρ表示第一量子比特的状态，密度算子σ表示第二量子比特的状态，量子加权平均运算AVEa，b的定义如下：
[0121]
[0122] Tr2表示对第二量子比特做求轨迹运算，对第一量子比特完全不做任何变化。Mi是一个4阶矩阵， 是Mi的转置共轭矩阵，并且
[0123]
[0124]
[0125] 由于 因而证明了AVEa，b是一个良定义的量子运算。基于以下命题证明了AVEa，b确实计算了密度算子ρ和σ的加权平均值。
[0126] 命题：假设任意两个二维希尔伯空间H上的密度算子 和可以计算得到：
[0127]
[0128] 计算 后只保留第一个量子比特即可得到两个投票人同意提案的加权平均概率为(ax+by)。
[0129] 因此，
[0130] 例如，当a＝b＝1/2时，
[0131] 图1是根据本发明一个实施例的基于量子态选票的群组投票的计票处理方法的流程图，本实施例中的方法应用场景为：一个指定提案，m个投票人v1，…，vm，这m个投票人组成了投票人集合V，其中V＝{v1，…，vi，…，vm}，每个投票人具有相应的权重，因而这m个投票人各自的权重组成了权重集合W，其中W＝{w1，…，wi，…，wm}，满足0＜wi＜1，w1+…+wm＝1，该方法包括以下步骤：
[0132] 步骤S101，获取每个投票人发出的量子态选票的选票信息，所述选票信息表示为二维希尔伯特空间上的密度算子σi；进而得到选票信息集合σ，其中σ＝{σ1，…，σi，…，σm}。
[0133] 步骤S102，基于投票人的权重计算出全部的最小多数投票人集合GI，其中，GI＝{G1，…，Gi，…，Gn}，任意一个最小多数投票人集合 其成员数量小于投票人集合V的成员数量，任意一个最小多数投票人集合Gi满足：所有成员的权重和Wi大于或等于预置值WI，0＜WI≤1，且所有成员的权重和Wi减去任意一成员的权重后小于所述预置值WI。
[0134] 步骤S103，基于每一个最小多数投票人集合中表示每个成员选票信息的密度算子计算所述最小多数投票人集合中全部投票人选票信息的加权平均数作为所述最小多数投票人集合量子态ρi，进而得到最小多数投票人集合量子态集合Φ＝{ρ1，…，ρi，…，ρn}。
[0135] 步骤S104，对所述最小多数投票人集合量子态集合Φ＝{ρ1，…，ρi，…，ρn}中的全部最小多数投票人集合量子态执行量子逻辑或运算得到投票结果δ。
[0136] 步骤S105，对所述投票结果δ进行测量得到测量结果。
[0137] 步骤S106，基于测量结果确定所述指定提案是否通过。
[0138] 按照本发明的实施例，首先，本发明采用的是量子态的选票，由于其物理性质所保证的不可复制性，本发明中的选票天然具有防复制和防窃听的安全性。其次，选票信息的密度算子σ由以下叠加的量子态表示：
[0139] σ＝A|0><0|+B|1><1| (1‑3)
[0140] 其中，0≤A≤1，0≤B≤1，A+B＝1，|0><0|表示“完全反对”，|1><1|表示“完全同意”。即，当投票人对提案的态度是“完全反对”时，即投出的选票对应于公式(1‑3)中的A为1，B为0，因而表示选票信息的密度算子为σ＝|0><0|；当投票人对提案的态度是“完全同意”时，即投出的选票是对应于公式(1‑3)中的A为0，B为1，因而表示选票信息的密度算子为σ＝|1><1|；当投票人对提案的态度是“一半同意、一半不同意”时，即投出的选票信息的密度算子为 因而基于本发明前述实施例进行的董事会投票的计票处理
方法，能够为投票人提供更多表达不同投票态度的方式。在现有技术中的纸制或其他电子投票方式中，投票人通常只能通过选票投出“完全同意”、“完全反对”这两种经典态度，而本发明除了这两种经典态度外，还可以投出例如“一半同意、一半反对”的态度，当然还可以投出不同比例的“同意”与“反对”等等的态度，如1/4同意，3/4不同意，对应于投出的选票信息的密度算子为 因而能够更准确地表达投票人的态度，使投票过程和
结果更贴近投票人的真实意愿。
[0141] 再有，本发明的量子态选票可以构造两张甚至多张选票的量子纠缠态，例如，群组成员中有两个或多个成员为利益共同体，作为利益共同体，这些成员作为投票人的投票意愿相同，此时可以为这些投票人构造具有量子纠缠态的选票，通过明确具有量子纠缠态的选票表达的意愿相同，可以使得这些选票的持有者能够表达相同的投票意愿；在另一方面，对于属于两个不同利益共同体的投票人，也可以为不同利益共同体的投票人构造具有量子纠缠态的选票，通过明确具有量子纠缠态的选票表达的意愿相反，可以使得这些选票的持有者能够表达相反的投票意愿，因而增强了选票的表达力。
[0142] 进一步地，本发明通过构造出的满足最小多数权重集的投票人集合，从而得到最终决定提案是否通过的具体约定权重和条件，例如通常的董事会投票的通过条件为“股权权重和半数通过”。然后计算每个投票人集合的加权平均数，并制备对应的量子态，最后再对所有的投票人集合的量子态进行逻辑或运算，并测量逻辑或运算结果，因而只要有一个投票人集合符合通过的条件，则能够确定该提案能够通过。上述过程避免了复杂的数学计算，减小了量子实现难度。
[0143] 在步骤S102中，每个最小多数投票人集合是一个包括多个投票人的集合，集合中的投票人称为成员，其满足的条件是：成员总数应小于全部的投票人总数m，所有成员的权重和大于或等于预置值WI，预置值WI为约定满足提案通过的权重和，其为一个具体的大于0且小于或等于1的值。对于董事会投票机制， 且所有成员的权重和减去任意一成员的权重后小于预置值WI。经过该处理方法得到的每一个最小多数投票人集合的权重和都超过了预置值WI，对于最后的投票结果，如果能确定任意一个最小多数投票人集合的结果为通过时，即可以确定最后的投票结果为通过，因而简化了计算过程。
[0144] 基于投票规则，在步骤S103中计算每个投票人集合的加权平均数，具体地，基于每一个最小多数投票人集合中每个投票人的选票信息计算所述最小多数投票人集合中全部投票人选票信息的加权平均数的步骤包括：
[0145] 首先获取每一个最小多数投票人集合中每个成员的选票的密度算子σj；j＝1，…，l，l＜m，l为所述最小多数投票人集合的成员总数；此时得到一个每一个最小多数投票人集合的选票量子态集合{σj}。
[0146] 以一个最小多数投票人集合为例，基于所述最小多数投票人集合中的每个成员的权重wj和选票的密度算子σj，按照以下公式(1‑1)计算所述最小多数投票人集合中全部成员选票信息的加权平均数作为所述投票人集合量子态ρi。
[0147]
[0148] 且，
[0149] 其中，
[0150] 时，
[0151] 时，
[0152] 直至 时，
[0153] x＝σ1时，
[0154] x＝σ2时，
[0155] 直至x＝σl‑1时，y＝σl，
[0156] 也就是说，公式(1‑2)为计算两个密度算子的加权平均数的通用公式，在计算公式(1‑1)时，按照公式(1‑2)逐步计算。其中Mi是4阶矩阵， 是Mi的转置共轭矩阵，[0157]
[0158]
[0159] 在本实施例中，选票信息由一个量子比特的状态表示，一个量子比特的状态可由二维密度算子表示。在计算两个成员选票时需要计算两个二维密度算子的张量积，计算结果为4阶矩阵，因而本实施例中的Mi及其转置共轭矩阵 都是4阶矩阵。
[0160] 假设当前一共有n个最小多数投票人集合，当按照前述方法计算得到了每一个最小多数投票人的量子态后，即得到了ρ1，…，ρi，…，ρn，则得到最小多数投票人集合量子态集合Φ，Φ＝{ρ1，…，ρi，…，ρn}。
[0161] 通过步骤S104对所述投票人集合量子态集合Φ中的全部最小多数投票人集合的量子态ρi进行逻辑或运算，则得到了投票结果δ。具体的计算公式参见前述的量子析取运算公式，在此不再赘述。
[0162] 在步骤S105中，在一个实施例中，采用计算基对所述投票结果δ进行测量得到测量结果。所述的计算基为采用由|0>和|1>组成的正交基{|0>，|1>}。因而，在步骤S106中，在采用正交基测量后得到的测量结果或者为1或者为0，当测量结果为1时所述指定提案通过，当测量结果为0时所述指定提案不通过。
[0163] 例如，在一次董事会投票中，共有4个投票人v1，…，v4，这4个投票人组成了投票人集合V，其中V＝{v1，v2，v3，v4}，每个投票人具有相应的权重，分别为w1＝0.4，w2＝w3＝w4＝0.2，每个投票人投出的选票密度算子σ1＝|1><1|，σ2＝σ3＝σ4＝|0><0|。
[0164] 基于投票人的权重计算出全部的最小多数投票人集合，分别为G1＝{v1，v2}，G2＝{v1，v3}，G3＝{v1，v4}，G4＝{v2，v3，v4}。
[0165] 基于每一个最小多数投票人集合中表示每个成员选票信息的密度算子计算所述最小多数投票人集合中全部投票人选票信息的加权平均数，分别计算如下：
[0166] 其中
[0167] 即
[0168] 同理，
[0169]
[0170]
[0171] 而后计算前述四个加权平均数的逻辑或，即量子析取运算，并作为投票结果δ。
[0172]
[0173] 最后，采用正交基{|0>，|1>}对投票结果δ进行测量，如果测量结果为1，所述指定提案通过，如果测量结果为0，所述指定提案不通过。
[0174] 上述实施例为了便于清楚地说明计算过程，每个投票人的密度算子为|1><1|或者|0><0|，应当理解的是，投票人的密度算子也可以是这两个密度算子的组合，如前述的等形式，计算过程与上述实施例相同。
[0175] 进一步，在对投票结果δ进行测量时，还可以对投票结果δ进行概率计算，例如，按照公式(4‑1)和(4‑2)执行以下计算：
[0176]
[0177]
[0178] 其中，按照公式(4‑1)计算得到的为测量结果为1的概率，按照公式(4‑2)计算得到的为测量结果为0的概率。根据计算出测量结果的概率，可以帮助分析群组成员整体对当前提案的看法，通过的概率越高，说明越多的成员对该提案持赞成态度，不通过的概率越高，说明越多的成员对该提案该反对态度。
[0179] 可以理解的是，本发明的方案不但适用前述的董事投票机制，而且适用于任何一个投票人具有各自权重的群组投票机制，其中用于确定提案是否通过的权重和可以是约定的任何一个大于0小于等于1的值，因而本发明提供的方法适用范围广，可以应用在各种领域的投票机制。
[0180] 在另一方面，本发明还提供了一种基于量子态选票的群组投票的计票处理装置，应用场景为：应用场景为：一个指定提案，对指定提案进行投票的m个投票人组成的投票人集合V＝{v1，…，vi，…，vm}，由每一个投票人的权重组成的权重集合W＝{w1，…，wi，…，wm}，满足0＜wi＜1，w1+…+wm＝1，参见图2，图2是根据本发明一个实施例的基于量子态选票的群组投票的计票处理装置原理框图。本实施例中的计票处理装置20包括选票信息获取模块210、投票人集合构建模块220、第一量子计算模块230、第二量子计算模块240、测量模块250和判断模块260。其中，选票信息获取模块210用于获取每个投票人发出的量子态选票的选票信息，得到选票信息集合σ，σ＝{σ1，…，σi，…，σm}，其中，所述选票信息表示为二维希尔伯特空间上的密度算子σi。在一个实施例中，计票处理装置20通过量子传输装置接收来自投票终端的选票信息，当投票终端已根据投票人发出的投票操作，对携带了选票信息的量子比特进行了测量后，得到了确定的选票信息，并将测量得到的选票信息发送给选票信息获取模块210，选票信息获取模块210接收到选票信息后确定对应的投票人及具体的密度算子。在另一个实施例中，投票终端根据投票人发出的投票操作指令对量子比特进行操作，并将进行了投票操作后的量子信息经量子传输装置发送给选票信息获取模块210，选票信息获取模块210接收到选票的量子信息后，对其进行测量以得到具体的密度算子，当然也同样得到对应的投票人。
[0181] 计票处理装置20的第一存储器中存储有投票人信息，例如投票人身份标识、对应的权重。投票人集合构建模块220从存储器中读取出所有的投票人信息，基于投票人的权重计算出全部的最小多数投票人集合GI＝{G1，…，Gi，…，Gn}，其中，任意一个最小多数投票人集合 其成员数量小于投票人集合V的成员数量，任意一个最小多数投票人集合Gi满足：所有成员的权重和Wk大于或等于预置值WI，0＜WI≤1，，且所有成员的权重和Wk减去任意一成员的权重后小于所述预置值WI。
[0182] 投票人集合构建模块220在计算得到一个最小多数投票人集合时发送通知给第一量子计算模块230进行计算，在另一个实施例中，投票人集合构建模块220在计算得到全部的最小多数投票人集合时发送通知给第一量子计算模块230进行计算。
[0183] 第一量子计算模块230基于每一个最小多数投票人集合中表示每个成员选票信息的密度算子计算所述最小多数投票人集合中全部投票人选票信息的加权平均数作为所述最小多数投票人集合量子态ρi，进而得到最小多数投票人集合量子态集合Φ＝{ρ1，…，ρi，…，ρn}，计算过程如前述的方法所述，在此不再赘述。第一量子计算模块230计算完每个最小多数投票人集合中全部投票人选票信息的加权平均数后，发送通知给第二量子计算模块240。
[0184] 第二量子计算模块240接收到第一量子计算模块230发送的通知后，对最小多数投票人集合量子态集合Φ＝{ρ1，…，ρi，…，ρn}中的全部最小多数投票人集合量子态执行量子逻辑或运算得到投票结果δ。计算过程如前述方法，在此不再赘述。第二量子计算模块240计算得到投票结果δ后，发送通知给测量模块250。
[0185] 测量模块250接收到第二量子计算模块240发送的通知后，对所述投票结果δ进行基测量。在一个实施例中，采用由|0>和|1>组成的正交基{|0>，|1>}进行测量；其中所述|0>和|1>为量子比特的两个基态，并将测量结果发送给判断模块260。
[0186] 判断模块260接收测量结果，当测量结果为1时，所述指定提案通过，当测量结果为0时，所述指定提案不通过。
[0187] 在一些实施例中，计票处理装置20还包括第二存储器，用于存储中间计算结果，如最小多数投票人集合量子态ρi、第二量子计算模块240计算得到投票结果δ及对投票结果δ进行基测量得到的基态信息等。
[0188] 在另一方面，本发明还提供了一种基于量子态选票的群组投票处理系统，应用场景为：一个指定提案，对指定提案进行投票的m个投票人组成的投票人集合V＝{v1，…，vi，…，vm}，由每一个投票人的权重组成的权重集合W＝{w1，…，wi，…，wm}，满足0＜wi＜1，w1+…+wm＝1。参见图3，图3是根据本发明一个实施例的基于量子态选票的群组投票处理系统原理框图。本实施例中的投票处理系统1包括量子投票终端10和计票处理装置20，所述量子投票终端10为一个或多个，用以根据投票人的意愿生成量子态选票，并将所述量子态选票通过量子传输装置30发送给计票处理装置20。在一个实施例中，由量子投票终端10、计票处理装置20或其他第三方机构制备用于投票的量子比特或量子比特序列，例如通过单光子源产生光子作为量子比特、离子阱囚禁的离子作为量子比特等。量子投票终端10包括量子操作装置，量子操作装置基于投票人的意愿操作处于初始态的量子比特。在一个实施例中，量子投票终端10还包括测量装置，通过测量经过操作后的量子比特得到能够表达选票信息的具体的密度算子，将具体的密度算子作为量子比特信息通过量子传输装置30发送给计票处理装置20，或者，量子投票终端10将经过操作后的量子比特信息通过量子传输装置30发送给计票处理装置20，由计票处理装置20进行测量得到表达选票信息的具体的密度算子。计票处理装置20的原理参考图2所示，计票处理装置20基于接收到的量子态选票确定指定提案是否通过，具体请参见图2及对应的说明，在此不再赘述。
[0189] 在另一方面，本发明还提供了一种量子设备40，用以实现前述的基于量子态选票的群组投票的计票处理装置20。参见图4，图4是根据本发明一个实施例的量子设备40原理框图。量子设备40在硬件结构上包括量子数据平面41、控制和测量平面42和控制处理器平面43。其中，量子数据平面41为量子比特所在的位置。控制和测量平面42根据需要对量子比特进行操作和测量。所述控制处理器平面43包括人机界面、经典处理器和/或量子处理器，通过经典处理器和/或量子处理器中的计算机指令确定控制和测量平面42所需的操作和测量顺序。基于实现的方式不同，前述的量子设备的硬件结构也各不相同。以离子阱量子计算机为例，所述量子数据平面41为离子阱，最常见的离子阱类型为Penning阱和Paul阱。在Penning阱中，通过静态电场对离子提供轴向维度的限制，通过平行的静态磁场对离子提供径向方向的限制，即由电场和磁场组合形成的电势实现离子的囚禁。而在Paul阱中，通过直流电信号和高频振荡信号在两个或三个维度上产生一个随时间快速振荡的周期势，在满足一定条件下，这样的势场能够将离子束缚在阱中，即Paul阱通过静态电场和振荡电场组合形成的电势实现离子的囚禁。离子阱中的一个离子可作为一个量子比特，离子阱主处理器(相当于控制处理器平面43)内存储有由计算机指令构成的量子算法，根据接收到的选票信息，按照量子算法确定用于控制激光器(相当于控制和测量平面42)对囚禁在离子阱中的离子进行的操作、测量及顺序，从而实现本发明实施例的计票处理过程中的计算和测量，最终得到通过或不通过的投票结果，并由人机界面显示投票结果。
[0190] 量子设备40也可以是光量子计算机，包括主控制器、单光子源、单光子控制开关线路、光学回路及光子探测器。其中，主控制器中内存储有由计算机指令构成的量子算法，主控制器根据接收到的选票信息控制单光子源产生单光子，并通过对单光子控制开关线路的开关控制将光子发送到对应的光学回路中。光学回路能够实现各种量子逻辑门，当光子依次经过光学回路中的各种量子逻辑门时完成相应的量子计算，完成量子计算后由光子探测器测量，得到相应的测量值，并由光子探测器将光子转换成电信号发送给主控制器。
[0191] 当然也可以是其他类型的量子计算机，如超导量子计算机、中性原子量子计算机等等，同样可以实现本发明实施例中的基于量子态选票的群组投票的计票处理方法。
[0192] 所述控制处理器平面43可包括经典计算设备，如图5所示，图5是根据本发明一个实施例的经典计算设备的硬件结构示意图，该经典计算设备可以包括处理器601以及存储有计算机程序指令的存储器602，处理器601执行计算机程序指令时实现上述任一实施例方法的流程或功能。处理器601可以采用量子处理器。存储器602可以采用量子储存器。
[0193] 作为一种示例，处理器601可以包括中央处理器(CPU)，或者特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)，或者可以被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。存储器602可以包括用于数据或指令的大容量存储器。举例来说，存储器602可以是以下至少一者：硬盘驱动器(Hard Disk Drive，HDD)、只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带、通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)驱动器或其他物理/有形的存储器存储设备。又如，存储器602可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。再如，存储器602可在综合网关容灾设备的内部或外部。存储器602可以是非易失性固态存储器。换句话说，通常存储器602包括编码有计算机可执行指令的有形(非暂态)计算机可读存储介质(如存储器设备)，并且当该软件被执行(如由一个或多个处理器执行)时，可执行本发明实施例的方法所描述的操作。处理器
601通过读取并执行存储器602中存储的计算机程序指令，实现上述实施例中任一种方法的流程或功能。
[0194] 在一个示例中，图5所示的电子设备还可包括通信接口603和总线610。其中，处理器601、存储器602、通信接口603通过总线610连接并完成相互间的通信。通信接口603主要用于实现本发明实施例中各模块、装置、单元和/或设备之间的通信。总线610包括硬件、软件或两者皆有。
[0195] 在另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令。其中，所述计算机可读存储介质例如为经典计算机可读存储介质，如前述的各种类型的存储器602，例如为如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质设备、光存储介质设备、闪存设备，电气、光学或其他物理/有形的存储器存储设备。在本实施例中，经典计算机可读存储介质中可作为计票处理装置20的第一存储器，用于存储有投票人信息，例如投票人身份标识、对应的权重，并在投票人集合构建模块220基于投票人的权重计算出全部的最小多数投票人集合后存储相应的全部的最小多数投票人集合信息。
[0196] 所述计算机可读存储介质还也可以是用于存储量子信息、由量子计算机可读取的量子信息可读存储介质，如量子随机存取存储器(QRAM)，QRAM中以看作经典计算机中RAM的量子版本，通过QRAM能够制造包含信息的量子叠加态，相比于RAM需要逐个读取，可以以叠加的地址读取叠加的数据。QRAM能够以光学、半导体量子点、超导线路、离子阱等等物理方式实现。所述的量子信息可读存储介质中的存储位包括但不限于以由铌或铝等超导材料制成的超导量子位；由硅和砷化镓材料制成、依靠单个电子或原子核的自旋来存储信息的自旋量子位；采用马约拉纳费米子或任意子创建的拓扑量子位；或者，由金刚石晶体中单个氮空位(NV)构成的、依靠氮空位中心的自旋来存储信息的量子位等等。
[0197] 本发明提供了一种基于量子态选票的群组投票的计票处理方法、装置，通过求取加权平均数作为计票规则，避免了复杂的数学运算，降低了量子计算难度，拓展了传统董事会投票机制，能够更好地适应未来量子计算机场景的投票机制。
[0198] 以上示例性地描述了本发明实施例的方法、装置、系统和计算机程序产品的流程图和/或框图，并描述了相关的各个方面。应当理解，流程图和/或框图中的每个方框或其组合，可以由计算机程序指令实现，也可以由执行指定功能或动作的专用硬件来实现，还可由专用硬件和计算机指令的组合来实现。例如，这些计算机程序指令可被提供给经典计算机、量子计算机的处理器，以形成一种机器可使得经由这种处理器执行的这些指令使能对流程图和/或框图中的每个方框或其组合中指定的功能/动作的实现。
[0199] 本发明实施例的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等；当以软件方式实现时，是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在存储器中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
[0200] 需说明，本发明并不局限于上文所描述或在图中示出的特定配置和处理。以上所述仅为本发明的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，所描述的系统、设备、模块或单元的具体工作过程，可以参考方法实施例中的对应过程，不需再赘述。应理解，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
