用于量子化学模拟的经典模拟常量和排序制造技术

通过以所选择的顺序应用单体项和二体项，来执行基于二次量子化的量子计算。通常，在应用其他项之前应用与交换的算符相关联的项。在具体示例中，首先应用形式hpp的单体项，然后应用形式hprrp的二体项。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及用于化学系统的量子计算。
技术介绍
量子计算的一个应用是在量子系统的评估中。例如，复杂的化学化合物的属性已经被标识为适合使用量子计算进行确定。通常，能够使用量子计算来评估如下材料：该材料的属性基于许多体相互作用的量子评估。遗憾的是，传统计算方法通常要求基于与感兴趣系统相关联的哈密顿(Hamiltonian)的复杂指数的积的重复应用。使用所谓的“特罗特-铃木”(Trotter-Suzuki)扩展，但是这些扩展中会出现误差，这是因为与这些积相关联的算符通常不交换。因此，传统方法具有无论Trotter-Suzuki步骤大小如何都能够出现的固有误差。
技术实现思路
提供本
技术实现思路
从而以简化的形式介绍下面在具体实施方式中进一步描述的一系列构思。本
技术实现思路
不旨在标识要求保护的主题的关键特征或必要特征，其也不旨在被用于限制要求保护的主题的范围。量子电路和用于量子电路设计的方法以及装置基于定义第一量子电路集合，该第一量子电路集合与关联于交换算符的单体哈密顿系数和二体哈密顿系数相关联。第一量子电路集合包括基于这样的哈密顿系数应用控制-Z旋转的一个或多个门。基于与非交换算符相关联的单体哈密顿系数和二体哈密顿系数，定义第二量子电路集合。第二量子电路集合包括基于这样的哈密顿系数应用控制-Z旋转的一个或多个门。第一量子电路集合和第二量子电路集合被布置，使得多个量子位在耦合到第二量子电路集合之前耦合到第一量子电路集合。针对基
于二次量子化的应用，在定义电路的第一集合时使用形式hpp的单体哈密顿系数和形式hprrp的二体系数，其中p和r是表示自旋轨道的整数。能够基于多个Trotter-Suzuki步骤来调整与非交换算符相关联的哈密顿系数的值。例如，在基于二次量子化的应用中，能够调整形式hpp(p≠q)的单体哈密顿系数和形式hpqrs(q≠r)的二体哈密顿系数，其中p、q、r和s是表示自旋轨道的整数。所公开的技术的前面的和其他的特征和优点将从参考附图进行的下面的具体实施方式中变得显而易见。附图说明图1图示了用于使用量子计算电路的量子化学计算的代表性过程。图2图示了量子计算机中的应用二次量子化哈密顿系数的代表性方法。图3图示了用于应用二次量子化哈密顿系数的量子电路的代表性布置。图4A-4B图示了能够被用于应用二次量子化哈密顿系数的代表性量子电路。图5是实施所公开的方法的代表性量子电路的示意图。图6图示了所公开的技术可以被实施在其中的示例性计算环境。图7图示了用于编译到量子电路中和使用所编译的电路的后续量子处理的示例性系统。具体实施方式如在本申请中和在权利要求中所使用的，单数形式的“一”、“一种”和“所述”包括复数形式，除非上下文另行明确指示。附加地,术语“包含”意指“包括”。另外，术语“耦合”不排除在耦合的项之间存在中间元件。本文描述的系统、装置和方法不应当以任何方式被理解为限制性的。相反，本公开内容针对各种所公开的实施例的单独地和以与彼此
的各种组合和子组合的所有新颖的且非显而易见的特征和方面。所公开的系统、方法和装置不限于任何特定方面或特征或其组合，所公开的系统、方法和装置也不要求存在任何一个或多个特定优点或解决问题。操作的任何理论用于方便解释，但是所公开的系统、方法和装置不限于这样的操作的理论。尽管以便于呈现的特定的顺序次序描述了所公开的方法中的一些的操作，但应当理解这种方式的描述涵盖重新布置，除非由下面阐述的特定语言要求特定排序。例如，顺序地描述的操作可以在一些情况下被重新布置或并发地被执行。此外，为简单起见，附图可以不示出所公开的系统、方法和装置能够与其他系统、方法和装置结合使用的各种方式。此外说明书有时使用诸如“产生”或“提供”的术语来描述所公开的方法。这些术语是被执行的实际操作的高级抽象。与这些术语相对应的实际操作将取决于特定实施方式而变化并且容易由本领域普通技术人员可辨识。在一些示例中，值、过程或装置被称为“最低”、“最好”、“最小化”，等等。将认识到，这样的描述旨在指示能够在许多使用的功能备选方案之中做出选择，并且这样的选择不需要比其他选择更好、更小或以其他方式优选于其他选择。所公开的方法和装置能够被应用到基于量子位的各种物理实施方式的系统，例如基于陷俘离子、冷原子、乔瑟逊(Josephson)接头设备、固态自旋、马约拉纳(Majorana)费米子、光子极化、以及其他的系统。在一些应用中，所谓的拓扑保护的量子位被优选以提供故障容错。所公开的方法和装置总体上涉及基于与感兴趣的材料相关联的二次量子化的哈密顿的量子计算。二次量子化的哈密顿能够被映射到量子位，并且每个量子位的逻辑状态能够与单电子自旋轨道的占有率相关联，其中0表示占有，并且1表示未占有。具有N个单电子自旋轨道的系统能够利用N个量子位来表示。具有高达N个的任意数目的电子的系统能够使用N个量子位来表示。在其他表示中，能够使用
更大数目的量子位。乔丹魏格纳(Jordan Wigner)变换能够用于转换产生和湮灭算符以便使用泡利(Pauli)自旋矩阵来表示。尽管针对多体系统的通用时间演变算符可能不容易表示为门的序列，但哈密顿能够被表示为一个电子项和两个电子项之和，一个电子项和两个电子项的时间演变算符均能够使用门的序列而被实施。能够使用Trotter-Suzuki关系并且基于非交换算符的时间演变来估计相关联的幺正时间演变算符。可以以所谓的二次量子化形式来方便地表示针对多体系统的量子计算，其中哈密顿算符H被表示为：其中p、q、r和s标识分子轨道，其中每个分子轨道由向上自旋或向下自旋颗粒占有，或者被两者占有或者不被任何一个占有。hpq和hpqrs值是与这样的颗粒相关联的幅度；具有剑标的项对应于颗粒产生，并且没有剑标的项指代颗粒湮灭。能够精确地获得或者能够估计hpq和hpqrs值。例如，使用Hartree-Fock过程，并且 h p q r s = ∫ d x → 1 d x → 2 χ p * ( x → 1 ) χ q * ( x → 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于指定量子计算电路的装置，包括：存储器设备，所述存储器设备存储与感兴趣的材料相关联的单体哈密顿系数和二体哈密顿系数；以及处理器，所述处理器：接收所存储的单体哈密顿系数和二体哈密顿系数；选择顺序，与所存储的单体哈密顿系数和二体哈密顿系数hpq、hpqrs相关联的量子门分别要以所述顺序被应用到多个量子位，其中p、q、r、s是标识轨道的整数，使得针对所有p的系数hpp、针对所有p和r的系数hprrp以所述顺序被应用；以及基于所述顺序来定义量子门的序列，由此使由非交换算符引入的误差基于所述顺序而被减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.12 US 61/939,1961.一种用于指定量子计算电路的装置，包括：存储器设备，所述存储器设备存储与感兴趣的材料相关联的单体哈密顿系数和二体哈密顿系数；以及处理器，所述处理器：接收所存储的单体哈密顿系数和二体哈密顿系数；选择顺序，与所存储的单体哈密顿系数和二体哈密顿系数hpq、hpqrs相关联的量子门分别要以所述顺序被应用到多个量子位，其中p、q、r、s是标识轨道的整数，使得针对所有p的系数hpp、针对所有p和r的系数hprrp以所述顺序被应用；以及基于所述顺序来定义量子门的序列，由此使由非交换算符引入的误差基于所述顺序而被减小。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述顺序被选择使得与哈密顿系数hpq和hprrq相关联的门跟随与针对所有p的哈密顿系数hpp和针对所有r的哈密顿系数hprrp相关联的门，其中p≠q。3.根据权利要求1所述的装置，进一步其中所选择的顺序包括针对所有p的哈密顿系数hpp和针对所有r的哈密顿系数hprrp之后跟随形式hpq、hprrq的哈密顿系数的交替对。4.根据权利要求1所述的装置，其中量子门的所述序列包括纠缠门和基础变化门。5.根据权利要求4所述的装置，其中所述纠缠门是CNOT门，并且所述基础变化门是阿达玛门、泡利-X门以及泡利-Y门、或者它们的组合。6.根据权利要求3所述的装置，其中所选择的顺序包括所述形式hpqrs的哈密顿系数，其中p≠s并且q≠r。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述处理器调整与非交换算符相关联的至少一些哈密顿系数的值。8.根据权利要求7所述的装置，其中经调整的值基于多个“特
\t罗特-铃木”步骤。9.一种用于使用多个量子位的量子计算的量子电路合成的计算机可执行方法，所述方法包括：基于单体哈密顿系数来选择第一量子电路集合，所述集合包括基于形式hpp的对应的单体哈密顿系数来应用控制-Z旋转的一个或多个门，其中p是表示自旋轨道的整数；基于二体哈密顿系数来选择第二量子电路集合，所述集合包括基于形式hprrp的对应的二体哈密顿系数来应用控制-Z旋转的一个或多个门，其中r是表示自旋轨道的整数；布置所述第一量子电路集合和所述第二量子电路集合，使得所述多个量子位在耦合到所述第二量子电路集合之前耦合到所述第一量子电路集合；以及输出与对所述第一量子电...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·黑斯廷斯，D·韦克，
申请(专利权)人：微软技术许可有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US