一种计算目标体系能量的方法技术

本发明专利技术公开了一种计算目标体系能量的方法

【技术实现步骤摘要】
一种计算目标体系能量的方法、装置及介质


[0001]本专利技术属于量子计算
，特别是一种计算目标体系能量的方法
、
装置及介质
。

技术介绍

[0002]量子计算机是一类遵循量子力学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装置
。
当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机
。
量子计算机因其具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，例如，能将破解
RSA
密钥的时间从数百年加速到数小时，故成为一种正在研究中的关键技术
。
[0003]量子计算模拟是一个借助数值计算和计算机科学来仿真遵循量子力学规律的模拟计算，作为一个仿真程序，它依据量子力学的量子比特的基本定律，利用计算机的高速计算能力，刻画量子态的时空演化
。
[0004]随着量子化学理论的不断完善，计算化学已经成了化学工作者解释实验现象
、
预测实验结果
、
指导实验设计的重要工具，在药物的合成
、
催化剂的制备等方面有着广泛的应用
。
但是，面对计算化学所涉及的巨大计算量，经典计算机在计算精度
、
计算尺寸等方面显得能力有限，这就在一定程度上限制了计算化学的发展，由此导致用户对化学体系进行模拟计算的应用不强，影响量子化学模拟应用的进一步发展
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种计算目标体系能量的方法
、
装置及介质，以解决现有技术中的不足，它通过利用量子相位估计电路，能够为量子化学模拟计算目标体系能量的实现提供支持，提高了计算速度和计算精度，促进量子化学模拟应用的进一步发展
。
[0006]本申请的一个实施例提供了一种计算目标体系能量的方法，所述方法包括：
[0007]确定待求解目标体系的基态波函数；
[0008]利用量子相位估计电路，执行对所述基态波函数的演化与测量操作，获得目标量子态，所述量子相位估计电路包括受控的第二量子逻辑门，所述第二量子逻辑门通过所述目标体系的信息确定；
[0009]根据所述基态波函数以及所述目标量子态，计算所述目标体系的基态能量
。
[0010]可选的，所述目标体系信息包括：目标体系电子信息以及电子自旋轨道信息，所述确定待求解目标体系的基态波函数，包括：
[0011]基于所述电子信息以及电子自旋轨道信息，确定所述目标体系费米子形式的
Hartree Fock
态，并将所述
Hartree Fock
态确定为所述基态波函数
。
[0012]可选的，所述目标体系信息还包括：目标体系的哈密顿量，所述量子相位估计电路，包括：
[0013]第一量子寄存器，用于存储相位信息，且由
n
个量子比特构成；
[0014]第二量子寄存器，用于存储所述目标体系的基态波函数，且所述第二量子寄存器
的量子比特个数由所述目标体系的哈密顿量确定；
[0015]作用于所述第一量子寄存器的
n
个直积的第一量子逻辑门以及作用于所述第一量子寄存器的逆量子傅里叶变换单元，所述受控第二量子逻辑门作用于所述第一量子寄存器和所述第二量子寄存器，且所述第一量子寄存器的量子比特为控制比特，所述第二量子寄存器的量子比特为目标比特
。
[0016]可选的，所述根据所述基态波函数以及所述目标量子态，计算所述目标体系的基态能量之前，所述方法还包括：
[0017]通过预先设置的编码方式，执行对所述基态波函数的编码操作，得到泡利算子形式的量子态；
[0018]根据所述目标体系的哈密顿量，并基于所述泡利算子形式的量子态，计算所述目标体系的
Hartree Fock
能量
。
[0019]可选的，所述第一量子逻辑门包括：
Hadamard
门；所述第二量子逻辑门的酉矩阵满足：
[0020]U
＝
e
‑
ibH
[0021]其中，
U
表示所述第二量子逻辑门的酉矩阵形式，
b
表示根据所述
Hartree Fock
能量确定的缩放因子，
H
表示所述目标体系的哈密顿量
。
[0022]可选的，所述预先设置的编码方式包括：
[0023]Parity
变换
、Jordan
‑
Wigner
变换或者
Bravyi
‑
Kitaev
变换
。
[0024]可选的，所述根据所述基态波函数以及所述目标量子态，计算所述目标体系的基态能量，包括：
[0025]通过以下算式计算所述目标体系的基态能量：
[0026][0027]其中，
E
表示所述目标体系的基态能量，
E
HF
表示所述目标体系的
Hartree Fock
能量，表示所述目标量子态
。
[0028]本申请的又一实施例提供了一种计算目标体系能量的装置，所述装置包括：
[0029]确定模块，用于确定待求解目标体系的基态波函数；
[0030]执行模块，用于利用量子相位估计电路，执行对所述基态波函数的演化与测量操作，获得目标量子态，所述量子相位估计电路包括受控的第二量子逻辑门，所述第二量子逻辑门通过所述目标体系的信息确定；
[0031]计算模块，用于根据所述基态波函数以及所述目标量子态，计算所述目标体系的基态能量
。
[0032]可选的，所述确定模块，包括：
[0033]确定单元，用于基于电子信息以及电子自旋轨道信息，确定所述目标体系费米子形式的
Hartree Fock
态，并将所述
Hartree Fock
态确定为所述基态波函数
。
[0034]可选的，所述执行模块，包括：
[0035]第一量子寄存器单元，用于存储相位信息，且由
n
个量子比特构成；
[0036]第二量子寄存器单元，用于存储所述目标体系的基态波函数，且所述第二量子寄
存器的量子比特个数由所述目标体系的哈密顿量确定；
[0037]功能模块单元，用于实现作用于所述第一量子寄存器的
n
个直积的第一量子逻辑门以及作用于所述第一量子寄存器的逆量子傅里叶变换单元，所述受控第二量子逻辑门作用于所述第一量子寄存器和所述第二量子寄存器，且所述第一量子寄存器的量子比特为控制比特，所述第二量子寄存器的量子比特为目标比特
。
[0038]可选的，所述装置还包括：
[0039]得到模块，用于通过预先本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种计算目标体系能量的方法，其特征在于，所述方法包括：确定待求解目标体系的基态波函数；利用量子相位估计电路，执行对所述基态波函数的演化与测量操作，获得目标量子态，所述量子相位估计电路包括受控的第二量子逻辑门，所述第二量子逻辑门通过所述目标体系的信息确定；根据所述基态波函数以及所述目标量子态，计算所述目标体系的基态能量
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标体系信息包括：目标体系电子信息以及电子自旋轨道信息，所述确定待求解目标体系的基态波函数，包括：基于所述电子信息以及电子自旋轨道信息，确定所述目标体系费米子形式的
Hartree Fock
态，并将所述
Hartree Fock
态确定为所述基态波函数
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目标体系信息还包括：目标体系的哈密顿量，所述量子相位估计电路，包括：第一量子寄存器，用于存储相位信息，且由
n
个量子比特构成；第二量子寄存器，用于存储所述目标体系的基态波函数，且所述第二量子寄存器的量子比特个数由所述目标体系的哈密顿量确定；作用于所述第一量子寄存器的
n
个直积的第一量子逻辑门以及作用于所述第一量子寄存器的逆量子傅里叶变换单元，所述受控第二量子逻辑门作用于所述第一量子寄存器和所述第二量子寄存器，且所述第一量子寄存器的量子比特为控制比特，所述第二量子寄存器的量子比特为目标比特
。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述基态波函数以及所述目标量子态，计算所述目标体系的基态能量之前，所述方法还包括：通过预先设置的编码方式，执行对所述基态波函数的编码操作，得到泡利算子形式的量子态；根据所述目标体系的哈密顿量，并基于所述泡利算子形式的量子态，计算所述目标体系的
Hartree Fock
能量
。5.
根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一量子逻辑门包括：
Hadamard
门；所述第二量子逻辑...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，窦猛汉，
申请(专利权)人：本源量子计算科技合肥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：