量子设备酉变换程度确定方法及装置、电子设备和介质制造方法及图纸

本公开提供了一种量子设备酉变换程度确定方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机技术领域。实现方案为：获取2n量子比特的最大纠缠态，n为量子设备的相应量子操作对应的量子比特数；对最大纠缠态中的前n个量子比特执行量子操作，以获得该量子操作对应的Choi量子态，Choi量子态基于量子操作作用后所获得的n比特量子态以及最大纠缠态中的后n个量子比特所形成的量子态确定；以及确定Choi量子态的纯度，以基于该纯度确定该量子操作的酉变换程度。变换程度。变换程度。

【技术实现步骤摘要】
量子设备酉变换程度确定方法及装置、电子设备和介质


[0001]本公开涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机
，具体涉及一种量子设备酉变换程度确定方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

技术介绍

[0002]量子计算是下一代计算科技的核心，也是新一轮产业变革的突破口，相关技术正在飞速地发展。随着量子硬件飞速发展，有噪中等规模量子(Noisy Intermediate
‑
Scale Quantum、NISQ)时代已经到来，该阶段的量子设备拥有50～100物理量子比特，不管数量和质量均达到经典计算机难以模拟的程度。理想情况下，量子设备实现的是酉变换(unitary transformation)演化。
[0003]但是在可预见的未来量子设备中的噪声问题是难以避免的：量子比特中的热量耗散，或是更底层的量子物理过程中产生的随机波动，都会导致量子设备实现的演化过程不再是酉变换，而非酉变换演化过程可能会导致比如量子比特状态翻转或随机化等，使得整个计算过程失败。

技术实现思路

[0004]本公开提供了一种量子设备酉变换程度确定方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
[0005]根据本公开的一方面，提供了一种量子设备酉变换程度确定方法，包括：获取2n量子比特的最大纠缠态，其中，n为所述量子设备的相应量子操作对应的量子比特数，n为正整数；通过对所述最大纠缠态中的前n个量子比特执行所述量子操作，获得所述量子操作对应的Choi量子态，其中，所述Choi量子态基于所述量子操作作用后所获得的n比特量子态以及所述最大纠缠态中的后n个量子比特所形成的量子态确定；以及确定所述Choi量子态的纯度，以基于所述纯度确定所述量子操作的酉变换程度。
[0006]根据本公开的另一方面，提供了一种量子设备酉变换程度确定装置，包括：获取单元，配置为获取2n量子比特的最大纠缠态，其中，n为所述量子设备的相应量子操作对应的量子比特数，n为正整数；操作单元，配置为通过对所述最大纠缠态中的前n个量子比特执行所述量子操作，获得所述量子操作对应的Choi量子态，其中，所述Choi量子态基于所述量子操作作用后所获得的n比特量子态以及所述最大纠缠态中的后n个量子比特所形成的量子态确定；以及确定单元，配置为确定所述Choi量子态的纯度，以基于所述纯度确定所述量子操作的酉变换程度。
[0007]根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行本公开所述的方法。
[0008]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，该计算机指令用于使计算机执行本公开所述的方法。
[0009]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，该计算机程序在被处理器执行时实现本公开所述的方法。
[0010]根据本公开的一个或多个实施例，通过估计目标量子操作所对应的Choi量子态的纯度，实现了以较少的量子资源估计量子设备的酉变换程度的目的。
[0011]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
[0012]附图示例性地示出了实施例并且构成说明书的一部分，与说明书的文字描述一起用于讲解实施例的示例性实施方式。所示出的实施例仅出于例示的目的，并不限制权利要求的范围。在所有附图中，相同的附图标记指代类似但不一定相同的要素。
[0013]图1示出了根据本公开的实施例的量子设备酉变换程度确定方法的流程图；
[0014]图2示出了根据本公开的实施例的获得量子操作对应的Choi量子态的示意图；
[0015]图3示出了根据本公开的实施例的确定Choi量子态的纯度的流程图；
[0016]图4示出了根据本公开的实施例的确定量子设备酉变换程度确定方法的流程图；
[0017]图5示出了根据本公开的实施例的酉变换程度估计方法的示意图；
[0018]图6示出了根据本公开的实施例的量子设备酉变换程度确定装置的结构框图；以及
[0019]图7示出了能够用于实现本公开的实施例的示例性电子设备的结构框图。
具体实施方式
[0020]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。
[0021]在本公开中，除非另有说明，否则使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素不意图限定这些要素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。在一些示例中，第一要素和第二要素可以指向该要素的同一实例，而在某些情况下，基于上下文的描述，它们也可以指代不同实例。
[0022]在本公开中对各种所述示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的，而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明，如果不特意限定要素的数量，则该要素可以是一个也可以是多个。此外，本公开中所使用的术语“和/或”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。
[0023]下面将结合附图详细描述本公开的实施例。
[0024]迄今为止，正在应用中的各种不同类型的计算机都是以经典物理学为信息处理的理论基础，称为传统计算机或经典计算机。经典信息系统采用物理上最容易实现的二进制数据位存储数据或程序，每一个二进制数据位由0或1表示，称为一个位或比特，作为最小的信息单元。经典计算机本身存在着不可避免的弱点：一是计算过程能耗的最基本限制。逻辑元件或存储单元所需的最低能量应在kT的几倍以上，以避免在热胀落下的误动作；二是信
息熵与发热能耗；三是计算机芯片的布线密度很大时，根据海森堡不确定性关系，电子位置的不确定量很小时，动量的不确定量就会很大。电子不再被束缚，会有量子干涉效应，这种效应甚至会破坏芯片的性能。
[0025]量子计算机(quantum computer)(或量子设备)是一类遵循量子力学性质、规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理设备。当某个设备处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，他就是量子计算机。量子计算机遵循着独一无二的量子动力学规律(特别是量子干涉)来实现一种信息处理的新模式。对计算问题并行处理，量子计算机比起经典计算机有着速度上的绝对优势。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果，这种计算称为量子并行计算。量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子设备酉变换程度确定方法，包括：获取2n量子比特的最大纠缠态，其中，n为所述量子设备的相应量子操作对应的量子比特数，n为正整数；对所述最大纠缠态中的前n个量子比特执行所述量子操作，以获得所述量子操作对应的Choi量子态，其中，所述Choi量子态基于所述量子操作作用后所获得的n比特量子态以及所述最大纠缠态中的后n个量子比特所形成的量子态确定；以及确定所述Choi量子态的纯度，以基于所述纯度确定所述量子操作的酉变换程度。2.如权利要求1所述的方法，其中，获取2n量子比特的最大纠缠态包括：基于以下公式确定所述2n量子比特的最大纠缠态|Φ
+
>：其中，|i>表示计算基态。3.如权利要求1所述的方法，其中，确定所述Choi量子态的纯度包括：执行以下操作共N次，其中N为正整数；执行以下操作共M次，其中M为正整数；在预设的单比特量子门集合中随机有放回地采样2n个单比特量子门；将所述2n个单比特量子门依次作用到所述Choi量子态的每个量子比特上，以获得第一量子态；以及对所述第一量子态进行测量，以获得第一字符串；对M个所述第一字符串进行统计，以确定每个第一字符串出现的概率分布；以及基于N次操作后所获得的所述概率分布、以及所述每个第一字符串之间的相似度，确定所述量子设备的所述量子操作所对应的酉变换程度。4.如权利要求3所述的方法，其中，基于N次操作后所获得的所述概率分布、以及所述每个第一字符串之间的相似度确定所述量子设备的所述量子操作所对应的酉变换程度包括：对于所述M次操作后所获得所述的所有第一字符串中的每一个第一字符串，确定该第一字符串对应的概率分布与所述所有第一字符串中的每一个第一字符串的概率分布的乘积；以及基于N次操作后所确定的所述概率分布的乘积、以及所述每个第一字符串之间的相似度，确定所述量子设备的所述量子操作所对应的酉变换程度。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述单比特量子门集合中的单比特量子门满足unitary 2
‑
design性质。6.如权利要求3或4所述的方法，其中，所述每个第一字符串之间的相似度包括汉明距离。7.一种量子设备酉变换程度确定装置，包括：获取单元，配置为获取2n量子比特的最大纠缠态，其中，n为所述量子设备的相应量子操作对应的量子比特数，n为正整数；操作单元，配置为对所述最大纠缠态中的前n个量子比特执行所述量子操作，以获得所述量子操作对应的Choi量子态，其中，所述Choi量子态...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琨，
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：