量子电路的仿真制造技术

用于对包括多个量子逻辑门的量子电路进行仿真的方法、系统和装置。在一个方面中，方法包括以下动作：将多个量子逻辑门表示为一个或多个经典布尔变量的函数，该一个或多个经典布尔变量的函数定义了无向图形模型，其中，每个经典布尔变量表示模型中的顶点并且相应经典布尔变量的每个函数表示与相应经典布尔变量对应的顶点之间的团；将从量子电路获得特定输出位串的概率表示为函数的第一乘积之和；以及通过直接地评估函数的乘积之和来计算从量子电路获得特定输出位串的概率。计算的配分函数用于对实现量子电路的量子计算硬件进行(i)校准、(ii)验证或(iii)基准测试。

Simulation of quantum circuit

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子电路的仿真
本说明书涉及量子计算。
技术介绍
量子电路是用于量子计算的模型，其中，计算是量子逻辑门的序列——n量子位(n-qubit)寄存器上的可逆变换。
技术实现思路
本说明书描述了用于对量子电路进行仿真的技术。具体地，描述了用于二维量子电路的配分函数仿真和使用受控相位门的量子电路的仿真的方法以及系统。通常，在本说明书中描述的主题的一个创新方面可以实现为一种用于对量子电路进行仿真的方法，其中，量子电路包括多个量子逻辑门，该方法包括：将多个量子逻辑门表示为一个或多个经典布尔(Boolean)变量的函数，其中，一个或多个经典布尔变量的函数定义了无向图形模型，每个经典布尔变量表示无向图形模型中的顶点并且相应经典布尔变量的每个函数表示与相应经典布尔变量对应的顶点之间的团(clique)；将从量子电路获得特定输出位串的概率表示为函数的第一乘积之和；以及通过直接地评估函数的乘积之和来计算从量子电路获得特定输出位串的概率。该方面的其他实施方式包括对应的计算机系统、装置和记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于对量子电路进行仿真的计算机实现的方法，所述方法包括：/n接收表示量子电路的数据，其中，所述量子电路包括多个量子逻辑门；/n使用接收的数据生成量子电路的仿真，包括：/n将由接收的数据指定的多个量子逻辑门表示为一个或多个经典布尔变量的函数，其中，所述一个或多个经典布尔变量的函数定义无向图形模型，每个经典布尔变量表示无向图形模型中的顶点并且相应经典布尔变量的每个函数表示与相应经典布尔变量对应的顶点之间的团；/n将从量子电路获得特定输出位串的概率表示为函数的第一乘积之和；以及/n通过直接地评估所述函数的乘积之和来计算从量子电路获得特定输出位串的概率；以及/n使用生成的仿真确定量子电路的一个...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171018 US 62/574,0501.一种用于对量子电路进行仿真的计算机实现的方法，所述方法包括：
接收表示量子电路的数据，其中，所述量子电路包括多个量子逻辑门；
使用接收的数据生成量子电路的仿真，包括：
将由接收的数据指定的多个量子逻辑门表示为一个或多个经典布尔变量的函数，其中，所述一个或多个经典布尔变量的函数定义无向图形模型，每个经典布尔变量表示无向图形模型中的顶点并且相应经典布尔变量的每个函数表示与相应经典布尔变量对应的顶点之间的团；
将从量子电路获得特定输出位串的概率表示为函数的第一乘积之和；以及
通过直接地评估所述函数的乘积之和来计算从量子电路获得特定输出位串的概率；以及
使用生成的仿真确定量子电路的一个或多个属性。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，直接地评估所述函数的乘积之和包括应用用于对无向图形模型执行精确推断的技术。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，应用用于对无向图形模型执行精确推断的技术包括应用变量消除算法。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，应用变量消除算法包括：
近似定义的无向图形模型的树宽；
基于近似的树宽来确定用于变量消除算法的消除顺序；以及
通过以确定的消除顺序执行变量消除算法来评估所述函数的乘积之和。


5.根据权利要求3所述的方法，其中，应用变量消除算法包括：确定用于变量消除算法的垂直消除顺序；以及使用确定的顺序执行变量消除算法。


6.根据前述权利要求中任何一项所述的方法，其中，经典布尔变量列举(i)量子电路在其上操作的量子位的系统中的每个量子位，并且对于每个量子位列举(ii)沿着量子位的世界线的新变量。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，通过直接地评估所述函数的乘积之和来计算从量子电路获得特定输出位串的概率，包括：
将每个世界线中的第一个经典布尔变量的值固定为零；以及
将量子位j的世界线中的最后一个经典布尔变量的值固定为位串中的与位置j对应的值。


8.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，将多个量子逻辑门表示为一个或多个经典布尔变量的函数，包括，针对每个对角的一个量子位的量子逻辑门：
将量子逻辑门表示为单变量函数，所述单变量函数采用对量子逻辑门的矩阵表示的对角线上的元素进行索引的经典布尔变量作为输入并且提供所述元素的值作为输出。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述单变量函数的每个输入经典布尔变量被映射到无向图形模型中的与该变量对应的顶点。


10.根据权利要求1-7中任何一项所述的方法，其中，将多个量子逻辑门表示为一个或多个经典布尔变量的函数，包括，针对每个非对角的一个量子位的量子逻辑门：
将量子逻辑门表示为二变量函数，所述二变量函数采用对量子逻辑门的矩阵表示的元素进行索引的一对两个经典布尔变量作为输入并且提供所述元素的对应的值作为输出。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，一对输入的经典布尔变量的每个函数被映射到无向图形模型中的连接与这些变量对应的两个顶点的边。


12.根据权利要求1-7中任何一项所述的方法，其中，将多个量子逻辑门表示为一个或多个经典布尔变量的函数，包括，针对每个对角的两个量子位的量子逻辑门：
将量子逻辑门表示为二变量函数，所述二变量函数采用对量子逻辑门的矩阵表示的对角线上的元素进行索引的一对两个经典布尔变量作为输入并且提供所述元素的值作为输出。


13.根据权利要求12所述的方法，其中，一对输入的经典布尔变量的每个函数被映射到无向图形模型中的连接与这些变量对应的两个顶点的边。


14.根据权利要求1-7中任何一项所述的方法，其中，将多个量子逻辑门表示为一个或多个经典布尔变量的函数，包括，针对每个非对角的两个量子位的量子逻辑门：
将量子逻辑门表示为四变量函数，所述四变量函数采用对量子逻辑门的矩阵表示的元素进行索引的四个经典布尔变量作为输入并且提供所述元素的对应的值作为输出。


15.根据权利要求14所述的方法，其中，四个输入的经典布尔变量的每个函数被映射到无向图形模型中的连接与这些变量对应的四个完全地连接的顶点的链路。


16.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，其中，所述量子电路的一个或多个属性包括量子电路的性能。


17.根据前述权利要求中的任何一项所述的方法，还包括使用确定的一个或多个属性来对实现量子电路的量子计算硬件进行(i)校准、(ii)验证或(iii)基准测试。


18.根据前述权利要求中的任何...

【专利技术属性】
技术研发人员：SB卡斯特里洛，V斯梅尔扬斯基，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US