量子电路处理方法、量子态制备方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本公开提供了量子电路处理方法、量子态制备方法、装置、设备及存储介质，涉及计算机领域，尤其涉及量子计算领域。具体实现方案为：在预设量子电路的前k

【技术实现步骤摘要】
量子电路处理方法、量子态制备方法、装置、设备及介质


[0001]本公开涉及计算机
，尤其涉及量子计算领域。

技术介绍

[0002]量子计算，因其特殊的基于量子力学的计算原理和潜在的加速能力，成为了有望突破经典计算机能力瓶颈的一种方案。近些年，量子计算研究吸引了大量来自世界各地研究人员的目光。随着材料科学、硬件制造以及纠错和编译等学科的飞速发展，大规模、通用、容错量子计算逐步成为可能。其中，对于任意量子态的制备或学习是量子机器学习(Quantum Machine Learning，QML)以及量子算法中至关重要的过程。

技术实现思路

[0003]本公开提供了一种量子电路处理方法、量子态制备方法、装置、设备及介质。
[0004]根据本公开的一方面，提供了一种量子电路处理方法，包括：
[0005]在预设量子电路的前k
‑
1层电路结构确定的情况下，训练得到所述预设量子电路中的第k层电路结构，所述第k层电路结构为目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)；其中，
[0006]所述预设量子电路包含有N个量子比特；在前k层电路结构确定的情况下，所述预设量子电路中前k个量子比特的输出量子态ρ
k
(θ
(k*)
)为目标子系统量子态ρ
k
的近似量子态，所述目标子系统量子态ρ
k
为待制备得到的目标量子态ρ所对应的总量子系统中前k个量子比特对应的系统的量子态，所述目标量子态是基于所述N个量子比特所形成总量子系统的系统量子态，所述k为大于等于1小于等于N的正整数。
[0007]根据本公开的另一方面，提供了一种量子态制备方法，包括：
[0008]基于包含有N层电路结构的目标量子电路，制备得到目标量子态；
[0009]其中，所述目标量子电路包含有N个量子比特；所述目标量子电路中的第k层为基于以上处理方法所得到的目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)，所述k为大于等于1小于等于N的正整数。
[0010]根据本公开的再一方面，提供了一种量子电路处理装置，包括：
[0011]电路处理单元，用于在预设量子电路的前k
‑
1层电路结构确定的情况下，训练得到所述预设量子电路中的第k层电路结构，所述第k层电路结构为目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)；
[0012]存储单元，用于存储目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)；其中，
[0013]所述预设量子电路包含有N个量子比特；在前k层电路结构确定的情况下，所述预设量子电路中前k个量子比特的输出量子态ρ
k
(θ
(k*)
)为目标子系统量子态ρ
k
的近似量子态，所述目标子系统量子态ρ
k
为待制备得到的目标量子态ρ所对应的总量子系统中前k个量子比特对应的系统的量子态，所述目标量子态是基于所述N个量子比特所形成总量子系统的系统量子态，所述k为大于等于1小于等于N的正整数。
[0014]根据本公开的再一方面，提供了一种量子态制备装置，包括：
[0015]获取单元，用于获取包含有N层电路结构的目标量子电路；
[0016]量子态输出单元，用于基于包含有N层电路结构的目标量子电路，制备得到目标量子态；
[0017]其中，所述目标量子电路包含有N个量子比特；所述目标量子电路中的第k层为基于以上处理方法所得到的目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)，所述k为大于等于1小于等于N的正整数。
[0018]根据本公开的另一方面，提供了一种计算设备，包括：
[0019]至少一个量子处理单元；
[0020]存储器，耦合到所述至少一个QPU并用于存储可执行指令，
[0021]所述指令被所述至少一个量子处理单元执行，以使所述至少一个量子处理单元能够执行以上所述的方法；
[0022]或者，包括：
[0023]至少一个处理器；以及
[0024]与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0025]所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行以上所述的方法。
[0026]根据本公开的另一方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，当至少一个量子处理单元执行时，所述计算机指令使得所述至少一个量子处理单元执行以上所述的方法；
[0027]或者，所述计算机指令用于使所述计算机执行以上所述的方法。
[0028]根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被至少一个量子处理单元执行时实现以上所述的方法；
[0029]或者所述计算机程序在被处理器执行时实现以上所述的方法。
[0030]这样，相比于直接训练整个参数化量子电路来制备直接制备目标量子态的方案，本公开方案可以有效降低训练所需的电路深度和规模，进而减少计算资源的消耗。而且，还能够为后续制备得到更高效更准确的目标量子态奠定基础。
[0031]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0032]附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
[0033]图1是根据本公开实施例量子电路处理方法的实现流程示意图一；
[0034]图2是根据本公开实施例量子电路处理方法的实现流程示意图二；
[0035]图3(a)是根据本公开实施例预设参数化量子电路的结构示意图；
[0036]图3(b)是根据本公开实施例空白量子电路的结构示意图；
[0037]图4是根据本公开实施例量子态制备方法的实现流程示意图；
[0038]图5是根据本公开实施例量子电路处理方法在一具体示例中的实现流程示意图；
[0039]图6(a)至图6(c)是根据本公开实施例量子电路处理方法在一具体示例的第一次迭代过程中所涉及的电路结构的示意图；
[0040]图7(a)至图7(c)是根据本公开实施例量子电路处理方法在一具体示例的第二次迭代过程中所涉及的电路结构的示意图；
[0041]图8(a)至图8(c)是根据本公开实施例量子电路处理方法在一具体示例中第三次迭代过程中所涉及的电路结构的示意图；
[0042]图9(a)至图9(c)是根据本公开实施例量子电路处理方法在一具体示例中的第四次迭代过程中所涉及的电路结构的示意图；
[0043]图10是根据本公开实施例量子电路处理方法在一具体示例的各迭代过程的示意图；
[0044]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子电路处理方法，包括：在预设量子电路的前k
‑
1层电路结构确定的情况下，训练得到所述预设量子电路中的第k层电路结构，所述第k层电路结构为目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)；其中，所述预设量子电路包含有N个量子比特；在前k层电路结构确定的情况下，所述预设量子电路中前k个量子比特的输出量子态ρ
k
(θ
(k*)
)为目标子系统量子态ρ
k
的近似量子态，所述目标子系统量子态ρ
k
为待制备得到的目标量子态ρ所对应的总量子系统中前k个量子比特对应的系统的量子态，所述目标量子态是基于所述N个量子比特所形成总量子系统的系统量子态，所述k为大于等于1小于等于N的正整数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述训练得到所述预设量子电路中的第k层电路结构，包括：将预设参数化量子电路U
k
(θ
(k)
)作用到所述预设量子电路中第k组量子比特上；其中，所述第k组量子比特为所述N个量子比特中从第k个量子比特起的一个或多个量子比特；得到所述预设量子电路中前k个量子比特的输出量子态ρ
k
(θ
(k)
)；基于所述目标子系统量子态ρ
k
与所述输出量子态ρ
k
(θ
(k)
)之间的关系，对预设参数化量子电路U
k
(θ
(k)
)进行训练，得到可调参数θ
(k)
为目标参数值θ
(k*)
的目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)；其中，所述目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)位于所述预设量子电路中第k层。3.根据权利要求2所述的方法，还包括：在k取值为1至N的情况下，将所述预设量子电路转换为包含有N层电路结构的目标量子电路，所述目标量子电路用于制备所述目标量子态；其中，所述k＝1的情况下，第0层电路结构为包含有N个量子比特的空白量子电路。4.根据权利要求2或3所述的方法，还包括：基于输出量子态ρ
k
(θ
(k)
)与所述目标子系统量子态ρ
k
，得到损失函数的损失值；其中，所述损失函数是基于输出量子态ρ
k
(θ
(k)
)与目标子系统量子态ρ
k
的密度矩阵之差而得到，用于表征输出量子态ρ
k
(θ
(k)
)与目标子系统量子态ρ
k
之间的距离；其中，所述基于所述目标子系统量子态ρ
k
与所述输出量子态ρ
k
(θ
(k)
)之间的关系，对预设参数化量子电路U
k
(θ
(k)
)进行训练，得到可调参数为θ
(k)
为目标参数值θ
(k*)
的目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)，包括：在确定不满足训练终止条件的情况下，对所述预设参数化量子电路U
k
(θ
(k)
)的可调参数θ
(k)
进行调整；将参数调整后的预设参数化量子电路U
k
(θ
(k)
)作用到所述预设量子电路中第k组量子比特上；得到参数调整后的所述预设量子电路中前k个量子比特的新的输出量子态ρ
k
(θ
(k)
)；基于新的输出量子态ρ
k
(θ
(k)
)与所述目标子系统量子态ρ
k
，重新得到损失函数的损失值，直至确定满足训练终止条件的情况下，得到可调参数为目标参数值θ
(k*)
的目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)；其中，所述训练终止条件包括以下至少之一：所述损失函数的损失值满足收敛条件；当前迭代次数到达预设次数。5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述第k组量子比特包括：所述N个量子比特中
从所述第k个量子比特至第l个量子比特，所述l为大于等于2k，且小于等于N的正整数。6.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述预设参数化量子电路U
k
(θ
(k)
)包括以下至少之一：用于作用到第k组量子比特中各量子比特的单量子比特旋转门；用于作用到所述第k组量子比特中第i个量子比特与第i+1个量子比特之间的第一CNOT门；用于作用到所述第k组量子比特中第一个量子比特与最后一个量子比特之间的第二CNOT门。7.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中，所述目标量子态为纯态。8.一种量子态制备方法，包括：基于包含有N层电路结构的目标量子电路，制备得到目标量子态；其中，所述目标量子电路包含有N个量子比特；所述目标量子电路中的第k层为基于以上权利要求1至7任一项方法所得到的目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)，所述k为大于等于1小于等于N的正整数。9.一种量子电路处理装置，包括：电路处理单元，用于在预设量子电路的前k
‑
1层电路结构确定的情况下，训练得到所述预设量子电路中的第k层电路结构，所述第k层电路结构为目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)；存储单元，用于存储目标参数化量子电路U
k
(θ
(k*)
)；其中，所述预设量...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，经明睿，刘耕，
申请(专利权)人：北京百度网讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：