【技术实现步骤摘要】
本申请涉及量子计算，尤其涉及一种费米子算符稀疏化方法及量子计算装置。
技术介绍
1、量子计算是利用量子力学原理，将量子比特作为基本计算单元，运行量子算法的计算范式。其中，由于量子态纠缠、量子态叠加等量子特性，量子计算机能够在特定算法上比经典计算有多项式级乃至指数级的效率提升。在嘈杂中型量子(noisy intermediate-scale quantum，nisq)时期，研究人员设计出了各种能够体现量子优越性的算法，如变分量子算法，变分量子算法是一种量子和经典混合的算法。对于变分量子算法，量子计算机首先运行一个含参数的量子线路，得到一个量子态，之后，量子计算机对该量子态进行测量，得到经典物理量，然后，经典计算机根据该经典物理量来对含参数的量子线路进行优化，从而完成变分量子算法的运算。
2、研究人员利用变分量子算法，开发出多种量子计算的应用场景，比如用于求解化学分子基态能量的变分量子本征求解器(variational quantum eigensolver，vqe)算法、用于进行量子人工智能研究的量子机器学习算法和用于求解组合优化问题的量子近似优化算法。而这些算法中，利用vqe算法进行的量子化学模拟最具发展优势，并被成功应用到药物设计、催化剂设计和能源材料设计等领域。在vqe算法中，量子比特用于描述化学分子轨道占据或者非占据的状体，由参数化量子门构成的变分量子线路对量子初态进行演化，之后，通过对演化后的量子模态进行测量，可以计算出化学分子哈密顿量关于该量子态的期望值e，然后，通过经典优化器来不断优化变分量子线路中的参数
3、然而，现有技术中，在计算稀疏矩阵的过程中，需要采用矩阵直积运算和矩阵乘积运算，这样会使得现有技术消耗较多的计算资源和存储资源，且现有技术耗费的计算时间也较长，从而导致稀疏矩阵的计算效率低。例如，对于一个占用n个比特，由m个费米子算符组成的费米子算符串，利用现有技术将该费米子算符串转换为稀疏矩阵的算法复杂度为o(m*2n)。
技术实现思路
1、本申请实施例提供一种费米子算符稀疏化方法及量子计算装置，用以有效地提高稀疏矩阵的计算效率。
2、第一方面，本申请实施例提供一种费米子算符稀疏化方法，该方法可以由量子计算装置或者能够支持量子计算装置实现该方法所需的功能的部件(比如芯片系统或电路等)执行。可选的，以量子计算装置执行费米子算符稀疏化方法为例，在该方法中，量子计算装置可以先根据目标化学分子的分子结构信息，确定目标化学分子对应的第一费米子算符串，之后，量子计算装置可以对第一费米子算符串进行变换，即可得到对应的第一玻色子算符串，其中，第一玻色子算符串中可以包含多个第一玻色子算符，当多个第一玻色子算符中不存在数值为零的第一玻色子算符时，量子计算装置可以进行确定多个第一玻色子算符对应的掩码信息，并可以通过根据多个第一玻色子算符对应的掩码信息，即可确定第一费米子算符串的稀疏矩阵，可选的，稀疏矩阵可以用于确定目标化学分子的基态能量。
3、上述设计中，量子计算装置是在第一玻色子算符串中包含的多个第一玻色子算符满足一定条件(多个第一玻色子算符中不存在数值为零的第一玻色子算符)时，开始执行计算第一费米子算符串的稀疏矩阵的流程，如此可以确保稀疏矩阵的计算只涉及非零元素，有助于避免产生任何冗余计算，并且消耗的计算资源和占用的存储资源也比较少，从而可以更加高效地获得稀疏矩阵，有效地提高了稀疏矩阵的计算效率。
4、在一种可能的设计中，多个第一玻色子算符中可以包含第一目标玻色子算符、第二目标玻色子算符、第三目标玻色子算符、第四目标玻色子算符和第五目标玻色子算符；每个第一玻色子算符对应一个量子比特位；
5、其中，第一目标玻色子算符或第二目标玻色子算符为多个第一玻色子算符中作用在多个量子态上产生的多个结果值均不为零的第一玻色子算符，第三目标玻色子算符、第四目标玻色子算符或第五目标玻色子算符为多个第一玻色子算符中作用在多个量子态上产生的多个结果值中存在至少一个结果值为零的第一玻色子算符，第一目标玻色子算符、第二目标玻色子算符、第三目标玻色子算符、第四目标玻色子算符和第五目标玻色子算符各不相同；
6、掩码信息中包含以下至少一项：位置掩码、掩码数组或稀疏矩阵中包含的至少一个非零元素的数量；
7、量子计算装置确定多个第一玻色子算符对应的掩码信息，包括：
8、量子计算装置可以根据第一目标玻色子算符的数量以及第二目标玻色子算符的数量，确定稀疏矩阵中包含的至少一个非零元素的数量；或者
9、量子计算装置可以根据第一目标玻色子算符对应的量子比特位以及第二目标玻色子算符对应的量子比特位，确定用于计算稀疏矩阵所需的掩码数组；或者
10、量子计算装置可以根据第三目标玻色子算符对应的量子比特位，确定第三目标玻色子算符的位置掩码；或者
11、量子计算装置可以根据第四目标玻色子算符对应的量子比特位，确定第四目标玻色子算符的位置掩码；或者
12、量子计算装置可以根据第五目标玻色子算符对应的量子比特位，确定第五目标玻色子算符的位置掩码。
13、上述设计中，量子计算装置可以通过第一玻色子算符串中包含的多个目标玻色子算符，可以及时准确地计算第一玻色子算符串对应的掩码信息，有助于后续量子计算装置能够有效地根据掩码信息计算第一费米子算符串的稀疏矩阵。
14、在一种可能的设计中，量子计算装置确定第一费米子算符串的稀疏矩阵，包括：
15、量子计算装置可以根据稀疏矩阵中包含的至少一个非零元素的数量，确定用于计算稀疏矩阵所需的整数序列，整数序列中包含至少一个整数；
16、量子计算装置可以通过以下步骤，确定至少一个非零元素中每个非零元素在稀疏矩阵中的横坐标和纵坐标：量子计算装置可以在整数序列中选取第一整数，并可以确定第一整数的二进制数组；其中，第一整数与第一非零元素对应，第一非零元素为稀疏矩阵中包含的至少一个非零元素中的任一个非零元素；之后，量子计算装置可以根据掩码数组和第一整数的二进制数组，确定用于计算第一非零元素在稀疏矩阵中的横纵坐标所需的第一数值；然后，量子计算装置可以根据第一数值、第三目标玻色子算符的位置掩码和第四目标玻色子算符的位置掩码，确定第一非零元素在稀疏矩阵中的纵坐标，并可以根据第一数值、第三目标玻色子算符的位置掩码和第五目标玻色子算符的位置掩码，确定第一非零元素在稀疏矩阵中的横坐标；最后，量子计算装置可以根据至少一个非零元素中每个非零元素在稀疏矩阵中的横坐标和纵坐标，确定稀疏矩阵。
17、上述设计中，量子计算装置在计算第一费米子算符串的稀疏矩阵的过程中，所循环的次数(即整数序列中包含的第一整数的数量)是稀疏矩阵本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种费米子算符稀疏化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个第一玻色子算符中包含第一目标玻色子算符、第二目标玻色子算符、第三目标玻色子算符、第四目标玻色子算符和第五目标玻色子算符；每个第一玻色子算符对应一个量子比特位；
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述第一费米子算符串的稀疏矩阵，包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，任一个非零元素的数值是基于预设阈值确定的；
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
6.如权利要求2-5任一项所述的方法，其特征在于，对所述第一费米子算符串进行变换，得到第一玻色子算符串，包括：
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述多个第二玻色子算符串中属于相同量子比特位的第二玻色子算符进行乘积运算，得到所述多个第一玻色子算符，包括：
8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
9.一种量子计算装置，其特征在于，包括用于执行如权利要求1-8中的任一项所述方法的
10.一种量子计算装置，其特征在于，包括：
11.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令被计算机执行时，使得所述计算机执行如权利要求1-8中的任一项所述方法。
12.一种计算机程序产品，其特征在于，所述计算机程序产品包括计算机程序或指令，当所述计算机程序或指令在计算机上运行时，使得所述计算机执行如权利要求1-8中的任一项所述方法。
13.一种芯片，其特征在于，所述芯片与存储器耦合，所述芯片读取存储器中存储的计算机程序，执行如权利要求1-8中的任一项所述方法。
...【技术特征摘要】
1.一种费米子算符稀疏化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个第一玻色子算符中包含第一目标玻色子算符、第二目标玻色子算符、第三目标玻色子算符、第四目标玻色子算符和第五目标玻色子算符；每个第一玻色子算符对应一个量子比特位；
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述第一费米子算符串的稀疏矩阵，包括：
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，任一个非零元素的数值是基于预设阈值确定的；
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
6.如权利要求2-5任一项所述的方法，其特征在于，对所述第一费米子算符串进行变换，得到第一玻色子算符串，包括：
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述多个第二玻色子算符串中属于相同量子比特位的第二玻色子算符进行乘积运算，得到所...
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