【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子计算，特别是一种拟设量子线路的哈密顿量期望值求解方法及相关装置。
技术介绍
1、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，成为一种正在研究中的关键技术。量子计算机可以用来加速解决复杂的离散优化、约束满足、组合优化问题和模拟问题等传统计算机难以解决的问题。
2、近年来逐渐发展了多种量子计算方法，旨在利用量子计算机的潜力来解决各种体系的计算问题，其中，变分量子算法(variational quantum algorithms，vqa)是一类利用量子计算机解决复杂优化问题的混合经典-量子算法。变分量子算法结合了量子计算的强大计算能力和经典计算的优化技术，用于解决如量子化学、量子机器学习和组合优化等问题。
3、但是，随着变分量子算法处理的问题规模的扩大，变分量子算法中的拟设量子线路所需的量子比特的数量也随之增加，由此导致变分量子算法的代价函数景观出现贫瘠高原(barren plateau，bp)问题。此时，优化算法难以找到正确的方向来更新变分参数，变分量子算法的可训练性将大大降低，因此目前想要利用变分量子算法解决大规模的问题仍是非常困难的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种拟设量子线路的哈密顿量期望值求解方法及相关装置，旨在解决基于大量拟设量子比特的变分量子算法中
2、本专利技术的一个实施例提供了一种拟设量子线路的哈密顿期望值求解方法，所述方法包括：
3、将包含n个量子比特的dicke态拟设量子线路输出的拟设态空间划分为多个非重叠的子空间；其中，每一所述子空间由两个子dicke态直积得到，用于编码所述两个子dicke态的量子比特数量之和为n；
4、分别计算待求解问题的哈密顿量在预设数量个子空间中的最小期望值，并确定每一所述最小期望值与对应的子空间编号之间的拟合关系；其中，所述子空间编号基于所述两个子dicke态组合的差异确定；
5、基于所述拟合关系所指示的子空间确定所述拟设量子线路的初始拟设参数，并最小化所述哈密顿量在所述拟设态空间中的期望值，作为所述拟设量子线路的哈密顿量期望值。
6、可选的，所述待求解问题为组合优化问题，所述拟设量子线路制备的dicke态表示量子比特数量为n且激发态|1>的数量为k的二进制串的线性组合，用于模拟所述组合优化问题的多种组合方案，所述方法还包括：
7、基于所述拟设量子线路的哈密顿量期望值确定所述组合优化问题的最优组合方案。
8、所述拟合关系为基于每一所述最小期望值与对应的子空间编号进行插值处理得到的凸曲线，所述基于所述拟合关系所指示的子空间确定所述拟设量子线路的初始拟设参数，包括：
9、将所述凸曲线的最小值所指示的子空间确定为目标子空间；
10、基于所述拟设量子线路的输出概率分布和所述目标子空间包括的基矢量，确定所述拟设量子线路的初始拟设参数。
11、可选的，所述基于所述拟设量子线路的输出概率分布和所述目标子空间包括的基矢量，确定所述拟设量子线路的初始拟设参数，包括：
12、针对每一预设拟设参数，分别确定所述拟设量子线路在该预设拟设参数下的输出概率分布；
13、确定与所述目标子空间包括的基矢量的分布相似度最高的输出概率分布，将该输出概率分布对应的预设拟设参数作为所述拟设量子线路的初始拟设参数。
14、可选的，所述量子比特的编号i满足0≤i≤n-1，当时，所述拟设量子线路包括第一编码层和n-k个第一含参变分层，其中：
15、所述第一编码层包括分别作用于前2k个量子比特中，编号为奇数的量子比特上的k个x门；
16、每一所述第一含参变分层包括依次作用于相邻量子比特上的多个含参变分模块。
17、可选的，当时，所述拟设量子线路包括第二编码层、k个第二含参变分层和第三编码层，其中：
18、所述第二编码层包括分别作用于前2(n-k)个量子比特中，编号为奇数的量子比特上的n-k个x门；
19、每一所述第二含参变分层包括依次作用于相邻量子比特上的多个含参变分模块；
20、所述第三编码层包括分别作用于每一量子比特上的n个x门。
21、可选的，所述含参变分模块包括依次级联的cnot门、受控ry门和cnot门；其中，所述cnot门的控制比特为所述相邻量子比特中的高位比特，目标比特为所述相邻量子比特中的低位比特；所述受控ry门的控制比特为所述低位比特，目标比特为所述高位比特。
22、可选的，所述组合优化问题为二进制整数组合优化问题，所述哈密顿量基于以下模型构建得到：
23、minxqxtax-μtx
24、s.t.ξ＝πtx
25、其中，x＝(x1，x2，...，xn)t为目标选择矢量，xj取值为0时表示不选择第j个目标，取值为1时表示选择第j个目标，n表示待选取目标的数量；q∈(0，∞)为偏好系数；μ为基于所述n个目标的期望回报排序得到的回报矢量，a为所述n个目标之间的协方差矩阵；在约束项s.t中，ξ表示总选取成本，π为所述n个目标的成本矢量。
26、本专利技术的又一实施例提供了一种拟设量子线路的哈密顿期望值求解装置，所述装置包括：
27、子空间模块，用于将包含n个量子比特的dicke态拟设量子线路输出的拟设态空间划分为多个非重叠的子空间；其中，每一所述子空间由两个子dicke态直积得到，用于编码所述两个子dicke态的量子比特数量之和为n；
28、拟合模块，用于分别计算待求解问题的哈密顿量在预设数量个子空间中的最小期望值，并确定每一所述最小期望值与对应的子空间编号之间的拟合关系；其中，所述子空间编号基于所述两个子dicke态组合的差异确定；
29、求解模块，用于基于所述拟合关系所指示的子空间确定所述拟设量子线路的初始拟设参数，并最小化所述哈密顿量在所述拟设态空间中的期望值，作为所述拟设量子线路的哈密顿量期望值。
30、本专利技术的又一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一实施例中所述的方法。
31、本专利技术的又一实施例提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一实施例中所述的方法。
32、与现有技术相比，本专利技术提供了一种拟设量子线路的哈密顿量期望值求解方法及相关装置，方法包括：将包含n个量子比特的dicke态拟设量子线路输出的拟设态空间划分为多个非重叠的子空间，分别计算待求解问题的哈密顿量在预设数量个子空间中的最小期望值，并确定每一最小期望值本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种拟设量子线路的哈密顿量期望值求解方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待求解问题为组合优化问题，所述拟设量子线路制备的Dicke态表示量子比特数量为n且激发态|1>的数量为k的二进制串的线性组合，用于模拟所述组合优化问题的多种组合方案，所述方法还包括：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拟合关系为基于每一所述最小期望值与对应的子空间编号进行插值处理得到的凸曲线，所述基于所述拟合关系所指示的子空间确定所述拟设量子线路的初始拟设参数，包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述拟设量子线路的输出概率分布和所述目标子空间包括的基矢量，确定所述拟设量子线路的初始拟设参数，包括：
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述量子比特的编号i满足0≤i≤n-1，当时，所述拟设量子线路包括第一编码层和n-k个第一含参变分层，其中：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当时，所述拟设量子线路包括第二编码层、k个第二含参变分层和第三编码层，其中：
<...【技术特征摘要】
1.一种拟设量子线路的哈密顿量期望值求解方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待求解问题为组合优化问题，所述拟设量子线路制备的dicke态表示量子比特数量为n且激发态|1>的数量为k的二进制串的线性组合，用于模拟所述组合优化问题的多种组合方案，所述方法还包括：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拟合关系为基于每一所述最小期望值与对应的子空间编号进行插值处理得到的凸曲线，所述基于所述拟合关系所指示的子空间确定所述拟设量子线路的初始拟设参数，包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述拟设量子线路的输出概率分布和所述目标子空间包括的基矢量，确定所述拟设量子线路的初始拟设参数，包括：
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述量子比特的编号i满足0≤i≤n-1，当时，所述拟设量子线路包括第一编码层和n-k个第一含参变分层，其中：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，当...
【专利技术属性】
技术研发人员：窦猛汉，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
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：
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