用于模拟量子系统的量子变分方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本公开内容公开了用于获得哈密顿量系统的基态波函数的最优变分参数的方法。该方法包括初始化多个变分参数并且将变分参数发送到量子计算部分以输出多个测量结果。该方法包括将测量结果传输到经典计算部分以基于多个测量结果和更新规则更新多个变分参数，并且确定测量的能量是否满足收敛规则。当测量的能量不满足收敛规则时，该方法包括将多个更新的变分参数发送到量子计算部分以用于下一迭代；并且当测量的能量满足收敛规则时，该方法包括获得哈密顿量系统的多个最优变分参数。哈密顿量系统的多个最优变分参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于模拟量子系统的量子变分方法、装置及存储介质
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2019年7月8日在美国专利和商标局提交的第16/505,179号美国申请的优先权，该美国申请的全部内容通过引用并入。


[0003]本公开内容涉及量子系统的模拟，并且尤其涉及用于模拟量子系统的变分参数优化方法、装置及存储介质。
[0004]本公开内容的
技术介绍

[0005]量子系统的模拟被用于各种不同的领域。然而，当量子系统的大小增加时，由于经典计算机所需资源的指数缩放，用经典计算机模拟复杂量子系统可能是困难的。
[0006]本公开内容描述了解决了以上缺点中的至少一个的用于模拟量子系统的变分参数优化方法、装置及存储介质。

技术实现思路

[0007]鉴于此，预期本公开内容的实施方式提供变分参数优化方法、装置及存储介质。
[0008]根据一个方面，本公开内容的实施方式提供了一种用于获得哈密顿量系统的波函数的多个最优变分参数的方法。该方法包括通过包括量子计算部分和与量子计算部分通信的经典计算部分的设备初始化哈密顿量系统的波函数的多个变分参数。该方法包括通过该设备将多个变分参数发送到量子计算部分以开始迭代，使得量子计算部分基于多个变分参数、波函数和哈密顿量系统执行多个测量以输出多个测量结果。该方法包括通过该设备将多个测量结果从量子计算部分传输到经典计算部分，使得经典计算部分基于多个测量结果和更新规则来更新多个变分参数。该方法包括通过该设备确定测量的能量是否满足收敛规则。该方法包括响应于确定测量的能量不满足收敛规则，将多个更新的变分参数作为多个变分参数发送到量子计算部分以用于下一迭代。该方法包括响应于确定测量的能量满足收敛规则，通过该设备设置多个更新的变分参数，以获得哈密顿量系统的多个最优变分参数。
[0009]根据另一方面，本公开内容的实施方式提供了一种用于获得哈密顿量系统的波函数的多个最优变分参数的装置。该装置包括存储指令的存储器和与存储器通信的处理器。当处理器执行指令时，处理器被配置成使装置初始化哈密顿量系统的波函数的多个变分参数。当处理器执行指令时，处理器被配置成使装置将多个变分参数发送到量子计算部分以开始迭代，使得量子计算部分基于多个变分参数、波函数和哈密顿量系统执行多个测量以输出多个测量结果。当处理器执行指令时，处理器被配置成使装置将多个测量结果从量子计算部分传输到经典计算部分，使得经典计算部分基于多个测量结果和更新规则来更新多个变分参数。当处理器执行指令时，处理器被配置成使装置确定测量的能量是否满足收敛规则。当处理器执行指令时，处理器被配置成使装置响应于确定测量的能量不满足收敛规则，将多个更新的变分参数作为多个变分参数发送到量子计算部分以用于下一迭代。当处理器执行指令时，处理器被配置成使装置响应于确定测量的能量满足收敛规则，设置多个
更新的变分参数，以获得哈密顿量系统的多个最优变分参数。
[0010]在另一方面，本公开内容的实施方式提供了一种存储指令的非暂态计算机可读存储介质。当该指令由处理器执行时，该指令使处理器初始化哈密顿量系统的波函数的多个变分参数。当该指令由处理器执行时，该指令使处理器将多个变分参数发送到量子计算部分以开始迭代，使得量子计算部分基于多个变分参数、波函数和哈密顿量系统来执行多个测量以输出多个测量结果。当该指令由处理器执行时，该指令使处理器将多个测量结果从量子计算部分传输到经典计算部分，使得经典计算部分基于多个测量结果和更新规则来更新多个变分参数。当该指令由处理器执行时，该指令使处理器确定测量的能量是否满足收敛规则。当该指令由处理器执行时，该指令使处理器响应于确定测量的能量不满足收敛规则，将多个更新的变分参数作为多个变分参数发送到量子计算部分以用于下一迭代。当该指令由处理器执行时，该指令使处理器响应于确定测量的能量满足收敛规则，设置多个更新的变分参数，以获得哈密顿量系统的多个最优变分参数。
[0011]本公开内容的实施方式提供了用于获得哈密顿量系统的波函数的多个最优变分参数的方法、装置和非暂态计算机可读存储介质。可以看出，在本公开内容的实施方式中，所公开的量子虚时间演化与受限玻尔兹曼机(RBM)拟设(ansatz)的组合可以克服与其他量子相位估计相关联的问题，例如，需要在近期或中期量子计算机中可能不容易获得的量子误差校正。所公开的方法可以不需要与其他混合变分算法相关联的困难的高维噪声经典优化。
附图说明
[0012]图l是本公开内容中公开的实施方式的流程图。
[0013]图2是本公开内容中公开的受限玻尔兹曼机结构的实施方式的示意图。
[0014]图3是本公开内容中公开的装置的实施方式的示意图。
[0015]图4示出了经典计算机系统的示意图。
[0016]图5示出了量子计算机系统的示意图。
[0017]图6是用所公开的方法模拟的氢分子的基态能量的示例的图表。
具体实施方式
[0018]现在将参照附图在下文中详细描述本专利技术，附图形成本专利技术的一部分，并且通过图示示出实施方式的具体示例。然而，请注意，本专利技术可以以各种不同形式来实施，并且因此，所涵盖或所要求保护的主题旨在被解释为不限于以下要阐述的实施方式中的任一个。还请注意，本专利技术可以被实施为方法、设备、部件或系统。因此，本专利技术的实施方式可以例如采取硬件、软件、固件或其任何组合的形式。
[0019]在整个说明书和权利要求书中，术语可以具有在上下文中建议或暗示的超出明确陈述的含义的具有细微差别的含义。如本文所使用的短语“在一个实施方式中”或“在一些实施方式中”不一定是指相同的实施方式，并且如本文所使用的短语“在另一实施方式中”或“在其他实施方式中”不一定是指不同的实施方式。同样，如本文所使用的短语“在一个实现方式中”或“在一些实现方式中”不一定指相同的实现方式，并且如本文所使用的短语“在另一实现方式中”或“在其他实现方式中”不一定是指不同的实现方式。例如，目的是所要求
保护的主题包括示例性实施方式/实现方式的整体或部分的组合。
[0020]通常，术语可以至少部分地从上下文中的用法来理解。例如，如本文所使用的术语，诸如“和”、“或”或者“和/或”可以包括各种含义，其可以至少部分地取决于使用这样的术语的上下文。通常，如果“或”用于关联列表，例如A、B或C，则“或”旨在表示A、B和C，此处以包含的意义使用，以及A、B或C，此处以排他的意义使用。另外，至少部分地取决于上下文，如本文所使用的术语“一个或更多个”或“至少一个”可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或者可以用于以复数意义描述特征、结构或特性的组合。类似地，术语，例如“一”、“一个”或“该”，同样可以被理解成传达单数用法或传达复数用法，这至少部分地取决于上下文。此外，术语“基于”或“由
……
确定”可以被理解为不一定旨在传达排他的因素集合，并且可以替代地允许存在不一定明确描述的附加因素，这同样至少部分地取决于上下文。
[0021]量子系统的模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于获得哈密顿量系统的波函数的多个最优变分参数的方法，所述方法包括：通过包括量子计算部分和经典计算部分的设备初始化哈密顿量系统的波函数的多个变分参数，所述经典计算部分与所述量子计算部分通信；通过所述设备将所述多个变分参数发送到所述量子计算部分以开始迭代，使得所述量子计算部分基于所述多个变分参数、所述波函数和所述哈密顿量系统执行多个测量以输出多个测量结果；通过所述设备将所述多个测量结果从所述量子计算部分传输到所述经典计算部分，使得所述经典计算部分基于所述多个测量结果和更新规则来更新所述多个变分参数；通过所述设备确定测量的能量是否满足收敛规则；响应于确定测量的能量不满足所述收敛规则，将多个更新的变分参数作为所述多个变分参数发送到所述量子计算部分以用于下一迭代；并且响应于确定所述测量的能量满足所述收敛规则，通过所述设备设置所述多个更新的变分参数，以便获得所述哈密顿量系统的多个最优变分参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，初始化所述多个变分参数包括：通过所述设备随机地初始化所述多个变分参数。3.根据权利要求1所述的方法，其中：所述哈密顿量系统包括哈密顿量H和基态波函数ψ(τ)，所述哈密顿量H和所述基态波函数ψ(τ)满足虚时间薛定谔方程其中，τ＝i*t，i是虚数单位，t是时间，并且E
τ
是哈密顿量系统的能量。4.根据权利要求3所述的方法，其中：所述基态波函数ψ(τ)包括近似参数化的波函数其中是量子电路中可实现的一组量子操作，包括多个变分参数；并且所述多个测量包括多个梯度其中，θ
n
是所述多个变分参数中的一个。5.根据权利要求4所述的方法，其中：所述更新规则包括其中，δτ是时间步，A是具有矩阵元素的矩阵，A
‑1是A的逆矩阵，C是具有向量元素的向量，并且6.根据权利要求1所述的方法，其中：所述波函数包括具有波尔兹曼机(RBM)结构的RBM波函数，所述RBM波函数满足
其中，是将所述RBM结构中的隐藏自旋投影到|+>态上的投影算子，N是归一化因子，所述|+>态包括|0>可以表示所述RBM结构中的隐藏自旋，|1>可以表示所述RBM结构中的可见自旋，并且所述RBM波函数中的|+>态的数目是所述RBM结构中的隐藏自旋和可见自旋的数目。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所述哈密顿量系统的多个最优变分参数来获得基态波函数；并且基于所获得的基态波函数来获得所述哈密顿量系统的量子特性。8.一种用于获得哈密顿量系统的波函数的多个最优变分参数的装置，所述装置包括：存储器，其存储指令；以及与所述存储器通信的处理器，其中，当所述处理器执行所述指令时，所述处理器被配置成使所述装置进行以下操作：初始化哈密顿量系统的波函数的多个变分参数，将所述多个变分参数发送到量子计算部分以开始迭代，使得所述量子计算部分基于所述多个变分参数、所述波函数和所述哈密顿量系统来执行多个测量以输出多个测量结果，将所述多个测量结果从所述量子计算部分传输到经典计算部分，使得所述经典计算部分基于所述多个测量结果和更新规则来更新所述多个变分参数，确定测量的能量是否满足收敛规则，响应于确定测量的能量不满足所述收敛规则，将多个更新的变分参数作为所述多个变分参数发送到所述量子计算部分以用于下一迭代，并且响应于确定所述测量的能量满足所述收敛规则，设置所述多个更新的变分参数，以便获得所述哈密顿量系统的多个最优变分参数。9.根据权利要求8所述的装置，其中，当所述处理器被配置成使所述装置初始化所述多个变分参数时，所述处理器被配置成还使所述装置进行以下操作：随机地初始化所述多个变分参数。10.根据权利要求8所述的装置，其中：所述哈密顿量系统包括哈密顿量H和基态波函数ψ(τ)，所述哈密顿量H和所述基态波函数ψ(τ)满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：李曲空，孙启明，
申请(专利权)人：腾讯美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：