量子数据间距离的确定方法及量子设备技术

本申请公开了量子数据间距离的确定方法及量子设备，涉及量子计算领域。具体实现方案为：确定待处理的第一系统制备出的第一量子态和第二系统制备出的第二量子态；将辅助量子比特分别添加到所述第一系统和所述第二系统上，分别得新的第一系统和新的第二系统；将参数化量子电路分别作用到所述新的第一系统和所述新的第二系统中；基于所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息以及所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息，来调整所述参数化量子电路的参数值，以确定出所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离。如此，来高效精准地量化两个量子数据的不同。

【技术实现步骤摘要】
量子数据间距离的确定方法及量子设备
本申请涉及数据处理领域，尤其涉及量子计算领域。
技术介绍
量子计算中必不可少地需要识别和区分量子数据(即量子态，quantumstate)，尤其是量化两个量子数据的不同，这是量子计算技术中的一个基本问题；因此，如何高效精准地量化两个量子数据的不同，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本申请提供了一种量子数据间距离的确定方法及量子设备。根据本申请的一方面，提供了一种量子数据间距离的确定方法，包括：确定待处理的第一系统制备出的第一量子态和第二系统制备出的第二量子态；将辅助量子比特分别添加到所述第一系统和所述第二系统上，分别得新的第一系统和新的第二系统；将参数化量子电路分别作用到所述新的第一系统和所述新的第二系统中；基于所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息以及所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息，来调整所述参数化量子电路的参数值，以确定出所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离。根据本申请的另一方面，提供了一种量子设备，包括：确定单元，用于确定待处理的第一系统制备出的第一量子态和第二系统制备出的第二量子态；系统调整单元，用于将辅助量子比特分别添加到所述第一系统和所述第二系统上，分别得新的第一系统和新的第二系统；参数化电路控制单元，用于将参数化量子电路分别作用到所述新的第一系统和所述新的第二系统中；距离确定单元，用于基于所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息以及所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息，来调整所述参数化量子电路的参数值，以确定出所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离。根据本申请的技术能够高效精准地量化两个量子数据的不同。应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。附图说明附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：图1是根据本申请实施例量子数据间距离的确定方法的实现流程示意图；图2是根据本申请实施例量子数据间距离的确定方法在一具体示例中的实现流程示意图；图3是根据本申请实施例量子数据间距离的确定方法在一具体示例中涉及量子设备与经典设备的场景图；图4是用来实现本申请实施例的量子数据间距离的确定方法的量子设备的框图。具体实施方式以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。实际应用中，量子数据之间的距离估计是量子机器学习中重要的一环，是最为基本的需要解决的问题，起到了衡量学习效果好坏的指标作用，基于此，本申请方案用两个量子态(也即量子数据)之间的迹距离(tracedistance)来描述两个量子数据的不同，这里，迹距离越大，则这两个量子数据越不相同；相反，迹距离越小，则这两个量子数据的相似性越高。这个问题的重要性，就好比于经典机器学习中距离的度量，是量子计算机(也即量子设备)上必不可少的处理。具体的计算方式：给定可以读取的量子态ρ和量子态σ，目标是通过量子硬件测量出量子态ρ和量子态σ之间的迹距离从而来衡量两个量子态的不同，其中||X||1代表一个矩阵X的迹范数(tracenorm)。这样，利用上述方式即可有效度量两个量子态之间的不同，该方式在量子信息处理中有着广泛应用，比如，用于衡量量子数据在动态过程中被保护的程度，衡量和测试量子方案、量子态制备等应用的效果，同时，还可以作为量子密码的安全性评估标准。现有技术中为衡量两个量子态的不同，会利用量子层析(quantumtomography)的方式来实现，即先通过消耗很大资源的量子层析(quantumtomography)来获取待进行处理的两个量子态的密度矩阵，并将密度矩阵存储到经典计算机上，在经典计算机上通过计算两个密度矩阵间的迹距离函数来估计量子态间的迹距离。该方法在原理上是可行的，但是，会存在如下缺点：第一，量子层析需要消耗非常大的资源，而且，获得量子态的密度矩阵所需要的资源会随着量子位的增加而指数增长。因此，导致该方法在近期量子设备上的成本过高，且限制于低量子比特数(＜10个)，实用性不高。第二，在经典计算机上计算矩阵间的迹距离函数需要进行谱分解，随着量子比特的增加，这个过程消耗的时间也随之指数增长。基于此，本申请方案提供了一种量子数据间距离的确定方法，能够高效且精准地量化两个量子数据的不同。而且，本申请方案适用于近期量子设备的量子计算方案，可以高效且精准地输出任意两个相同维度的量子态之间的迹距离，且整个方案流程简单，实用性强。具体地，图1是根据本申请实施例量子数据间距离的确定方法的实现流程示意图，如图1所示，所述方法包括：步骤S101：确定待处理的第一系统制备出的第一量子态和第二系统制备出的第二量子态。步骤S102：将辅助量子比特分别添加到所述第一系统和所述第二系统上，分别得新的第一系统和新的第二系统。这里，所述新的第一系统和新的第二系统中均包含有该辅助量子比特。步骤S103：将参数化量子电路分别作用到所述新的第一系统和所述新的第二系统中。需要说明的是，实际应用中，需要准备两个相同的参数化量子电路，每个参数化量子电路对应一个系统，比如，第一个参数化量子电路作用到第一系统中，得到新的第一系统，第二个参数化量子电路作用到第二系统中，得到新的第二系统。步骤S104：基于所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息以及所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息，来调整所述参数化量子电路的参数值，以确定出所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离。这样，通过利用辅助量子比特，以及可以进行参数调整的参数化量子电路，来得到待进行距离度量的第一量子态和第二量子态之间的迹距离，实现了高效精确度量两个量子态之间不同，为后续量子信息的处理奠定了基础。需要说明的是，上述过程能够在量子设备上运行，而且，所述的参数化量子电路也是近期量子设备所能提供的，如此，解决现有仅能在理论上实现但在实践应用中无法有效度量两个量子态之间距离的问题。这里，本申请方案对第一系统和第二系统不作限制，只要是能够制备出量子态的量子系统即可。另外，需要说明的是，实际应用中，只有两个维度相同的数据进行度量才会有实际意义，基于此，本申请方案所述的第一量子态和第二量子态的维度相同。在本申请方案的一具体示例中，还可以采用如下方式来得到新系统中的辅助量子比特的状态信息，具体地，确定预设的投影算子；获取基于所述投影算子进行投影测量后所得到的第一测量结果和第二测量结果，其中，所述第一测量结果表征基于所述投影算子对所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子数据间距离的确定方法，包括：/n确定待处理的第一系统制备出的第一量子态和第二系统制备出的第二量子态；/n将辅助量子比特分别添加到所述第一系统和所述第二系统上，分别得新的第一系统和新的第二系统；/n将参数化量子电路分别作用到所述新的第一系统和所述新的第二系统中；/n基于所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息以及所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息，来调整所述参数化量子电路的参数值，以确定出所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离。/n

【技术特征摘要】
1.一种量子数据间距离的确定方法，包括：
确定待处理的第一系统制备出的第一量子态和第二系统制备出的第二量子态；
将辅助量子比特分别添加到所述第一系统和所述第二系统上，分别得新的第一系统和新的第二系统；
将参数化量子电路分别作用到所述新的第一系统和所述新的第二系统中；
基于所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息以及所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息，来调整所述参数化量子电路的参数值，以确定出所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定预设的投影算子；
获取基于所述投影算子进行投影测量后所得到的第一测量结果和第二测量结果，其中，所述第一测量结果表征基于所述投影算子对所述新的第一系统中所述辅助量子比特进行投影测量后的结果；所述第二测量结果表征所述投影算子对所述新的第二系统中所述辅助量子比特进行投影测量后的结果；
将所述第一测量结果作为所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息，以及将所述第二测量结果作为所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息。


3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息以及所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息，来调整所述参数化量子电路的参数值，以确定出所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离，包括：
基于所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息，以及所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息，得到总损失函数，其中，所述总损失函数包含第一损失函数和第二损失函数，所述第一损失函数是基于所述新的第一系统中所述辅助量子比特的状态信息而得到的，所述第二损失函数是基于所述新的第二系统中所述辅助量子比特的状态信息而得到的；
基于所述总损失函数的最小函数值确定出所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离，其中，所述最小函数值是通过调整所述参数化量子电路的参数值以最小化所述总损失函数的过程中得到的。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述基于所述总损失函数的最小函数值确定出所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离，包括：
将所述总损失函数的最小函数值的绝对值作为所述第一量子态和所述第二量子态之间的迹距离。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，分别作用于所述新的第一系统和所述新的第二系统的所述参数化量子电路的参数值相同。


6.根据权利要求1或5所述的方法，其中，所述参数化量子电路包括若干个单量子比特旋转门和受控反闸门，所述参数化量子电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，陈然一鎏，赵炫强，宋旨欣，
申请(专利权)人：北京百度网讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11