一种用于求解NP完全问题3SAT和可以简化成3SAT的其他计算问题的方法。只要它们存在，以将概率集中在求解给定的3SAT问题的状态中这样的方式在有限数量的量子力学比特或“量子比特”上执行量子力学运算。通过将量子计算的传统的可逆模型概括为包括将一个密度矩阵映射到另一个密度矩阵的不可逆运算来实现概率的集中。
Systems and methods for solving 3SAT using quantum computers
A method for solving NP complete problems 3SAT and other computing problems that can be simplified into 3SAT. As long as they exist, quantum mechanical operations are performed in a limited number of quantum mechanical bits or \qubits\ in such a way that probability is concentrated in the state of solving a given 3SAT problem. By generalizing the traditional reversible model of quantum computation to the irreversible operation of mapping one density matrix to another density matrix, the probability concentration is realized.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使用量子计算机求解3SAT的系统和方法相关申请的交叉引用本专利申请要求于2016年9月12日提交的美国专利申请第15/263,240号的权益，美国专利申请第15/263,240号要求于2015年11月2日提交的美国临时专利申请第62/249,438号的权益，并且还要求于2015年9月11日提交的美国临时专利申请第62/217,432号的权益，这两个美国临时申请通过引用的方式并入本文。专利技术背景1.专利
本专利技术大体上涉及计算、并且具体地涉及量子计算。2.相关技术的描述量子计算机通过在有限量子力学系统上执行物理变换以促使系统占据具有期望性质的状态来求解计算问题。量子计算机不是对必须确定性地采取为1或0的值的经典比特进行运算，而是对可以存在于任意叠加的两种状态中的量子力学“量子比特”进行运算。已知的是，量子计算机可以求解一些计算问题-尤其是其他量子系统的模拟-远远快过其经典对应物。然而，尚不知道的是可能有针对显著加速的一类问题。由以合取范式或“CNF”中的命题逻辑公式的这种方式将一组布尔变量x1，x2，x3...赋值为真或假组成每子句3个变量布尔可满足问题或3SAT。这里，同一子句内的变量(xn)或其否定式用OR(∨)运算符链接，而不同的子句通过AND(∧)运算符链接。赋值必须满足所有子句以对问题求解。3SAT在计算机科学中众所周知的是NP完全的[8，4]。这意味着它具有如下性质：其解可以在多项式时间(类“NP”)中被检查的任何问题可以在多项式时间中被规约为3SAT问题。因此，用于3SAT的多项式时间解也可以被用来求解多项式时间中的NP中的任何问题。相信但并未被证明的是经典计算机上的算法不能对多项式时间中的NP完全问题求解；这是否属实的问题是数学中最著名的问题之一[3]。这里的规约由一个问题的实例到另一个问题的实例的映射组成，以这样的方式，第二实例的解可以被映射至第一实例的解。计算问题由一系列问题参数、加上对问题求解必须满足的性质的声明组成[4]。通过为所有问题参数指定特定值来获得问题的实例。计算问题的求解算法确定特定的实例是否有解或者被证明不存在解，但不一定产生解。只要存在一些解，则建设性的求解算法会产生至少一个有效的解。概率求解算法确定解存在或者不存在，并且误差概率不大于0与1/2之间的某个值∈，其按惯例通常被选择为1/3。概率算法可以运行多次以增加给定实例具有或不具有解的确定性。专利技术概述本专利技术包括一种新型的量子计算机，其使不可逆的物理变化发生在量子力学系统、一组物理变换或以在逻辑上有意义的方式改变系统的状态的“门(gate)”中，以及将量子概率从未能对一些感兴趣的3SAT问题求解的物理状态转换至对这些感兴趣的3SAT问题求解的状态或一组状态的算法。如果存在至少一个求解状态，则该算法使总无解概率以指数方式衰减，使得占据求解状态的概率变为任意地接近于1。该新型量子计算机、新型量子计算机所使用的量子门以及用于将概率集中在求解状态中的算法全都背离了量子计算的传统原理，该传统原理认为在具有恢复原始波函数的明确定义的逆运算的意义上由计算机执行的任何运算都必须是可逆的。为了清楚起见，本新型计算机将被称为“不可逆”量子计算机。不可逆量子计算机并非如在传统量子计算机中将一个波函数映射到另一个波函数，而是将一个密度矩阵映射到另一个密度矩阵。如通过名称所指示的，此映射可以具有没有明确定义的逆。用于实现这个目标的一般方法是将种群(population)从任意初始状态非连贯地转换到满足一些感兴趣的3SAT问题的状态或一组状态。这是通过构造抽取门-实质上是纠错循环–来实现的，其将种群从使单独逻辑子句失效的状态转换到满足那些子句的状态。在伪代码中，该算法可以被描述为：For问题中的每个子句do将子句的满足性编码在临时抓取比特中If子句不满足then使用抓取比特来执行子句中变量的受控旋转endif通过测量清理临时抓取比特。endfor这里，受控旋转针对使特定子句失效的状态使种群损失。使很多子句失效的状态比仅使一些失效的状态更快地使种群损失，并且满足所有子句的求解状态充当种群容器。因为量子计算机通过物理变换有限量子力学系统来运行，所以这里描述的所有方法都具有第二种用途，作为量子力学状态准备的手段。这具有在物理科学中的价值，其中常常需要准备在特定初始状态下的波函数以观察所期望的物理效果。附图简述为了更完整地理解本专利技术，参考以下描述和附图，其中：图1-插入运算将感兴趣的系统1耦合到在期望状态下所准备的并且不与系统中已有的比特纠缠的新的比特2；图2-删除运算符测量所选比特的状态，将N×N密度矩阵3投影到(N-1)×(N-1)子矩阵上。这里虚线表示沿某个轴的测量；图3-单个比特旋转运算符使单个比特4围绕轴旋转。这里，直箭头表示所讨论的在Bloch球面的xz平面内的比特的状态，而弯曲箭头表示旋转的方向。真被选择以与状态|+z>相一致，而假被选择为|-z>。这个图中z轴和x轴的方向同样用于其他图中；图4-两个比特旋转运算符使用比特5在所期望的轴上的投影来控制比特6围绕y轴的旋转。这里，状态5在轴上的正投影使比特6围绕轴逆时针旋转；图5-两个比特旋转运算符使用比特5在所期望的轴上的投影来控制比特6围绕y轴的旋转。这里，状态5在轴上的负投影使比特6围绕轴顺时针旋转；图6-测量运算符测量状态3在所期望的轴上的投影并将其投影到与测量值相对应的本征态上。这里虚线表示测量轴；图7-用于自控旋转门SCROT的量子电路图；图8-自控旋转门SCROT使用比特至所期望的轴上的投影来控制其自身围绕轴旋转。在I中，控制比特至轴上的正投影使抓取比特8逆时针旋转角度π/2。在II中，抓取比特至轴上的正投影使控制比特逆时针旋转。在III中，沿着与正交的轴测量抓取比特的状态，从而在控制比特上产生不可逆运算。因为沿着与“真值轴(axisoftruth)”轴正交的轴进行测量，所以这个信息不产生关于控制比特的状态的信息；图9-自控旋转门SCROT使用比特在所期望的轴上的投影来控制其自身围绕轴旋转。在I中，控制比特至轴上的负投影使抓取比特8顺时针旋转角度π/2。在II中，抓取比特至轴上的负投影使控制比特顺时针旋转。在III中，沿着与正交的轴测量抓取比特的状态，从而在控制比特上产生不可逆运算。因为沿着与“真值轴”轴正交的轴进行测量，所以这个信息不产生关于控制比特的状态的信息；图10-用于QOR门的量子电路图；图11-QOR门使用控制比特9和10的状态来控制抓取比特11的状态，使得如果9或10为真，则比特11的最终状态为真，否则为假。抓取比特12是临时抓取比特，用于确定偶数还是奇数数量的控制比特为真。在I中，9和10的状态控制比特11和12的旋转。在II中，12在轴上的投影控制比特11的旋转。在III中，比特11的状态被旋转π。在IV中，沿轴测量比特12的状态，从而不产生关于奇数还是偶数数量的控制比特为真的信息；图12-QOR门使用控制比特9和10的状态来控制抓取比特11的状态，使得如果9或10为真，则比特11的最终状态为真，否则为假。抓取比特12是临时抓取比特，用于确定偶数还是奇数数量的控制比特为真。在I中，9和10的状态控制比特11和12本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于执行不可逆量子计算的方法，包括以下步骤中的一个或更多个：执行幺正运算；或者执行插入运算；或者执行删除运算。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.09.11 US 62/217,432;2015.11.02 US 62/249,4381.一种用于执行不可逆量子计算的方法，包括以下步骤中的一个或更多个：执行幺正运算；或者执行插入运算；或者执行删除运算。2.根据权利要求1所述的方法，其包括额外的步骤：将逻辑运算的输出或可表示为逻辑运算的任何性质编码在第一比特的状态中；使用所述第一比特的状态控制一个或更多个其他比特的状态...
【专利技术属性】
技术研发人员：扎卡里·B·沃尔特斯，
申请(专利权)人：扎卡里·B·沃尔特斯，
类型：发明
国别省市：美国,US
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