用于量子计算机器的硬件高效的变分量子本征值求解器制造技术

描述了使用量子计算机生成用于变分量子本征值求解器(VQE)的试探状态。示例方法包括针对特定试探状态，选择要从量子比特捕获的样本的数量S。该方法还包括根据试探状态将哈密顿量映射到量子比特。该方法还包括在量子计算机中设置纠缠器，该纠缠器定义量子计算机的量子比特子集之间的纠缠相互作用。该方法还包括在与目标哈密顿量中的泡利项相关联的后旋转之后读出量子比特状态，该读出是针对S个样本执行的。该方法还包括使用S个量子比特状态来计算能量状态。该方法还包括响应于估计能量状态未以预期能量状态收敛，计算用于VQE的新试探状态，并且迭代以使用新试探状态计算估计能量。

A hardware efficient variational quantum eigenvalue solver for quantum computing machines

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于量子计算机器的硬件高效的变分量子本征值求解器
本申请总体上涉及量子计算，并且更具体地涉及用于量子计算机器的硬件高效的变分量子本征值求解器的实现。
技术介绍
量子计算使用粒子物理学，粒子物理学将费米子定义为通过费米-狄拉克统计来表征的任何粒子。这些粒子遵守泡利不相容原理。费米子包括所有夸克和轻子，以及由奇数个这些粒子制成的任何复合粒子，诸如所有重子以及许多原子和原子核。费米子不同于遵守玻色-爱因斯坦统计的玻色子。费米子可以是基本粒子，诸如电子，或者它可以是复合粒子，诸如质子。根据任何合理的相对论量子场论中的自旋统计定理，具有整数自旋的粒子是玻色子，而具有半整数自旋的粒子是费米子。除了自旋特征之外，费米子还具有守恒的重子或轻子量子数。因此，通常被称为自旋统计关系的事实上是自旋统计量子数关系。作为泡利不相容原理的结果，在任何给定时间，仅一个费米子可以占据特定的量子态。如果多个费米子具有相同的空间概率分布，则每个费米子的至少一个属性(诸如其自旋)必须是不同的。费米子通常与物质相关联，而玻色子通常是载力粒子，尽管在粒子物理学的当前状态下，这两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使用包括多个量子比特的量子计算机来生成用于变分量子本征值求解器VQE的试探状态的系统，包括：/n包括计算机可执行指令的存储器设备；以及/n处理器，与存储器耦合并且被配置为执行所述计算机可执行指令以使用所述量子计算机生成用于所述VQE的试探状态，所述生成包括：/n针对特定试探状态，选择要从量子比特捕获的样本的数量S，所述样本包括量子比特状态的测量；/n将哈密顿量映射到所述量子计算机的量子比特；/n使用任意单量子比特旋转和纠缠器操作的交错序列来在所述量子计算机中设置纠缠器，所述纠缠器定义所述量子计算机的至少量子比特子集之间的纠缠相互作用；/n在与所述哈密顿量中的泡利项相关联的后旋转之后...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170922 US 62/561,840;20170929 US 15/720,5771.一种用于使用包括多个量子比特的量子计算机来生成用于变分量子本征值求解器VQE的试探状态的系统，包括：
包括计算机可执行指令的存储器设备；以及
处理器，与存储器耦合并且被配置为执行所述计算机可执行指令以使用所述量子计算机生成用于所述VQE的试探状态，所述生成包括：
针对特定试探状态，选择要从量子比特捕获的样本的数量S，所述样本包括量子比特状态的测量；
将哈密顿量映射到所述量子计算机的量子比特；
使用任意单量子比特旋转和纠缠器操作的交错序列来在所述量子计算机中设置纠缠器，所述纠缠器定义所述量子计算机的至少量子比特子集之间的纠缠相互作用；
在与所述哈密顿量中的泡利项相关联的后旋转之后，从所述量子计算机读出所述量子比特状态，所述量子比特状态表示所述泡利项的期望值，并且所述读出是针对所选择的数量S个样本执行的；
使用所述哈密顿量中的所述泡利项的测得的期望值来计算估计能量状态；以及
响应于所述估计能量状态未以预期能量状态收敛，计算用于所述VQE的新试探状态，并且迭代以使用所述新试探状态来计算估计能量。


2.根据权利要求1所述的系统，其中试探状态的生成还包括：
选择更新用于所述VQE的试探状态所达到的迭代的数量N；
计算用于所述VQE的新试探状态，并且迭代以使用所述新试探状态来计算估计能量达到所选择的N次迭代；以及
响应于在所选择的N次迭代之后所述估计能量状态未以所述预期能量状态收敛，递增所选择的样本的数量S和所选择的迭代的数量N。


3.根据权利要求2所述的系统，其中试探状态的生成还包括：
响应于在所选择的N次迭代之后所述估计能量状态未以所述预期能量状态收敛，递增与所述量子计算机相关联的深度d，所述深度d指示用于设置试探状态的纠缠器的数量。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述纠缠器是使所述量子计算机中的量子比特纠缠的门的序列。


5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述纠缠器中和所述单量子比特旋转中的门使用并行化来操作以用于试探状态制备。


6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，使用微波脉冲实现的唯一的单量子比特旋转组被用于属于相同张量积基组的多个哈密顿量项的测量。


7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中试探状态的生成还包括：
在量子比特状态的每次读出之后重置所述量子计算机的量子比特，所述重置包括向所述量子计算机发送重置脉冲。


8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，试探状态是使用通过波形、幅度和时间来参数化的微波脉冲来制备的。


9.一种用于使用包括多个量子比特的量子计算机来生成用于变分量子本征值求解器VQE的试探状态的方法，所述生成包括：
针对特定试探状态，选择要从量子比特捕获的样本的数量S，所述样本包括量子比特状态的测量；
将哈密顿量映射到所述量子计算机的量子比特；
在所述量子计算机中设置纠缠器，所述纠缠器定义所述量子计算机的至少量子比特子集之间的纠缠相互作用，所述设置使用任意单量子比特旋转和纠缠器操作的交错序列；
在与泡利项相关联的后旋转之后，从所述量子计算机读出量子比特状态的测量，所述读出是针对所选择的数量S个样本执行的；
使用所述泡利项的测量来计算估计能量状态；以及
响应于所述估计能量状态未以预期能量状态收敛，计算用于所述VQE的新试探状态，并且迭代以使用所述新试探状态来计算估计能量。

【专利技术属性】
技术研发人员：A·肯达拉，M·安东尼奥，P·K·特梅，泷田舞花，J·嘉姆贝塔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US