可蒸馏纠缠的估计方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本公开提供了一种可蒸馏纠缠的估计方法、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：得到目标量子态ρ

【技术实现步骤摘要】
可蒸馏纠缠的估计方法、装置、设备及存储介质


[0001]本公开涉及计算机
，尤其涉及量子计算


技术介绍

[0002]实际应用中，计算任意纠缠态所蕴含的量子纠缠资源是量子信息中最为核心的问题之一。比如，计算任意纠缠态的单向可蒸馏纠缠(One
‑
way distillable entanglement)的上界，是十分重要的，可用于更好地估计该纠缠态的可蒸馏纠缠。但是如何估计给定纠缠态的单向可蒸馏纠缠，依旧被业界认为是很困难的任务。

技术实现思路

[0003]本公开提供了一种可蒸馏纠缠的估计方法、装置、设备及存储介质。
[0004]根据本公开的一方面，提供了一种可蒸馏纠缠的估计方法，包括：
[0005]得到目标量子态ρ
AB
；其中，所述目标量子态ρ
AB
表示包含有2n个量子比特的目标量子系统AB的纠缠态；所述目标量子系统AB为由第一量子系统A和第二量子系统B所组成的双量子系统；所述第一量子系统A包含有n个量子比特；所述第二量子系统B包含有n个量子比特；所述n为大于等于1的正整数；
[0006]基于所述目标量子态ρ
AB
的目标谱分解结果，生成量子纯态|ψ
ABEF
>；其中，所述目标谱分解结果是对所述目标量子态ρ
AB
进行谱分解所得；E表示包含有k个量子比特的、用于对所述目标量子系统AB进行拓展的拓展量子系统，F表示包含有(2n+k)个量子比特的、用于辅助制备量子纯态|ψ
ABEF
>的辅助量子系统；所述k为大于等于1的正整数；
[0007]将所述量子纯态|ψ
ABEF
〉作用于目标参数化量子电路，得到所述目标参数化量子电路中所述目标量子系统AB和拓展量子系统E所对应的总拓展量子系统的输出量子态其中，所述目标参数化量子电路包含有2(2n+k)个量子比特；表示所述目标参数化量子电路的可调参数向量；所述输出量子态为所述目标量子态ρ
AB
的拓展量子态；
[0008]利用所述输出量子态得到所述目标量子态ρ
AB
的单向可蒸馏纠缠的估计值。
[0009]根据本公开的另一方面，提供了一种可蒸馏纠缠的估计装置，包括：
[0010]获取单元，用于得到目标量子态ρ
AB
；其中，所述目标量子态ρ
AB
表示包含有2n个量子比特的目标量子系统AB的纠缠态；所述目标量子系统AB为由第一量子系统A和第二量子系统B所组成的双量子系统；所述第一量子系统A包含有n个量子比特；所述第二量子系统B包含有n个量子比特；所述n为大于等于1的正整数；
[0011]处理单元，用于基于所述目标量子态ρ
AB
的目标谱分解结果，生成量子纯态|ψ
ABEF
〉；其中，所述目标谱分解结果是对所述目标量子态ρ
AB
进行谱分解所得；E表示包含有k个量子比特的、用于对所述目标量子系统AB进行拓展的拓展量子系统，F表示包含有(2n+k)个量子
比特的、用于辅助制备量子纯态|ψ
ABEF
>的辅助量子系统；所述k为大于等于1的正整数；将所述量子纯态|ψ
ABEF
>作用于目标参数化量子电路，得到所述目标参数化量子电路中所述目标量子系统AB和拓展量子系统E所对应的总拓展量子系统的输出量子态其中，所述目标参数化量子电路包含有2(2n+k)个量子比特；表示所述目标参数化量子电路的可调参数向量；所述输出量子态为所述目标量子态ρ
AB
的拓展量子态；利用所述输出量子态得到所述目标量子态ρ
AB
的单向可蒸馏纠缠的估计值。
[0012]根据本公开的再一方面，提供了一种计算设备，包括：
[0013]至少一个量子处理单元QPU；
[0014]存储器，耦合到所述至少一个QPU并用于存储可执行指令，
[0015]所述指令被所述至少一个QPU执行，以使所述至少一个QPU能够执行以上所述的方法；
[0016]或者，包括：
[0017]至少一个处理器；以及
[0018]与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0019]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。
[0020]根据本公开的再一方面，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，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；
[0021]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。
[0022]根据本公开的再一方面，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；
[0023]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。
[0024]这样，本公开方案利用目标量子系统AB的拓展量子系统E来估计得到目标量子态ρ
AB
的单向可蒸馏纠缠，该方案利用了较少的计算资源，即可完成对目标量子态ρ
AB
的单向可蒸馏纠缠的估计，具有高效性，而且本公开方案的计算复杂度较低，易于实施。
[0025]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
[0026]附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
[0027]图1是根据本公开实施例可蒸馏纠缠的估计方法的实现流程示意图一；
[0028]图2(a)至图2(c)是根据本公开实施例在一具体示例中目标参数化量子电路的结构示意图；
[0029]图2(d)是根据本公开实施例在一具体示例中的参数化子电路的结构示意图；
[0030]图3是根据本公开实施例可蒸馏纠缠的估计方法的实现流程示意图二；
[0031]图4是根据本公开实施例可蒸馏纠缠的估计方法在一具体实施例中的实现流程示意图；
[0032]图5是根据本公开实施例可蒸馏纠缠的估计方法在一示例中的效果示意图；
[0033]图6是根据公开实施例可蒸馏纠缠的估计装置的结构示意图；
[0034]图7是用来实现本公开实施例的可蒸馏纠缠的估计方法的计算设备的框图。
具体实施方式
[0035]以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可蒸馏纠缠的估计方法，包括：得到目标量子态ρ
AB
；其中，所述目标量子态ρ
AB
表示包含有2n个量子比特的目标量子系统AB的纠缠态；所述目标量子系统AB为由第一量子系统A和第二量子系统B所组成的双量子系统；所述第一量子系统A包含有n个量子比特；所述第二量子系统B包含有n个量子比特；所述n为大于等于1的正整数；基于所述目标量子态ρ
AB
的目标谱分解结果，生成量子纯态|ψ
ABEF
>；其中，所述目标谱分解结果是对所述目标量子态ρ
AB
进行谱分解所得；E表示包含有k个量子比特的、用于对所述目标量子系统AB进行拓展的拓展量子系统，F表示包含有(2n+k)个量子比特的、用于辅助制备量子纯态|ψ
ABEF
>的辅助量子系统；所述k为大于等于1的正整数；将所述量子纯态|ψ
ABEF
>作用于目标参数化量子电路，得到所述目标参数化量子电路中所述目标量子系统AB和拓展量子系统E所对应的总拓展量子系统的输出量子态其中，所述目标参数化量子电路包含有2(2n+k)个量子比特；表示所述目标参数化量子电路的可调参数向量；所述输出量子态为所述目标量子态ρ
AB
的拓展量子态；利用所述输出量子态得到所述目标量子态ρ
AB
的单向可蒸馏纠缠的估计值。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标量子态ρ
AB
的单向可蒸馏纠缠的估计值为所述目标量子态ρ
AB
的单向可蒸馏纠缠的上界。3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：得到所述目标量子态ρ
AB
的特征向量、以及特征向量所对应的特征值；基于所述目标量子态ρ
AB
的特征向量、以及特征向量所对应的特征值，得到所述目标量子态ρ
AB
的目标谱分解结果。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述基于所述目标量子态ρ
AB
的目标谱分解结果，生成量子纯态|ψ
ABEF
>，包括：确定计算基|i'>
EF
；其中，计算基|i'>
EF
的个数，与目标量子态ρ
AB
的维度相关；i'为小于等于目标量子态ρ
AB
的维度的正整数；基于目标量子态ρ
AB
的目标谱分解结果，以及计算基|i'>
EF
，生成量子纯态|ψ
ABEF
>。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的方法，还包括：在初始量子电路中连续的(2n+2k)个量子位上创建包含有所述可调参数向量的预设参数化量子电路，得到所述目标参数化量子电路；其中，所述目标参数化量子电路中的至少部分子电路为参数化子电路其中，所述初始量子电路为包含有2(2n+k)个量子比特的空白量子电路；所述预设参数化量子电路至少用于在连续(2n+2k)个量子位对应的至少部分量子比特之间建立纠缠；所述目标参数化量子电路中参数化子电路所对应的连续的(2n+2k)个量子位，对应拓展量子系统E和辅助量子系统F；所述目标参数化量子电路中除去所述参数化子电路对应的连续的2n+2k个量子位之外、剩余的2n个量子位也连续，且剩余的连续的2n个量子位对应所述目标量子系统AB；所述目标参数化量子电路的参数化子电路中连续的k个量子位，对应所述拓展
量子系统E；所述目标参数化量子电路的参数化子电路中除去所述连续的k个量子位之外、剩余的连续的2n+k个量子位，对应所述辅助量子系统F。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预设参数化量子电路包含有作用于量子比特上的参数化单比特量子门，以及使两个量子比特之间产生纠缠的双比特量子门。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述参数化单比特量子门为包含有至少一个可调旋转参数的旋转门；其中，所述可调参数向量是基于参数化单比特量子门中的可调旋转参数所形成的；和/或，所述双比特量子门为受控非门或受控酉门。8.根据权利要求1
‑
7任一项所述的方法，其中，所述利用所述输出量子态得到所述目标量子态ρ
AB
的单向可蒸馏纠缠的估计值，包括：得到基于所述输出量子态所构造的目标损失函数的目标函数值；基于所述目标函数值，得到所述目标量子态ρ
AB
的单向可蒸馏纠缠的估计值。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述目标损失函数是基于所述输出量子态的相干信息以及所述输出量子态的的降解指数η(σ)
A|BE
所得。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述目标损失函数的表达式为：其中，表示为纯化输出量子态所需要的维度。11.根据权利要求8
‑
10任一项所述的方法，其中，所述得到基于所述输出量子态所构造的目标损失函数的目标函数值，包括：以最小化所述目标损失函数为预设优化目标，对所述目标损失函数中的可调参数向量进行调整；在确定所述满足预设优化条件的情况下，得到目标损失函数的目标函数值。12.一种可蒸馏纠缠的估计装置，包括：获取单元，用于得到目标量子态ρ
AB
；其中，所述目标量子态ρ
AB
表示包含有2n个量子比特的目标量子系统AB的纠缠态；所述目标量子系统AB为由第一量子系统A和第二量子系统B所组成的双量子系统；所述第一量子系统A包含有n个量子比特；所述第二量子系统B包含有n个量子比特；所述n为大于等于1的正整数；处理单元，用于基于所述目标量子态ρ
AB
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，朱成鸿，朱成开，
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：