存在哈密顿对称性的情况下分子激发态的量子计算制造技术

提供了关于分子激发态的量子计算的技术。例如，系统可以包括可以存储计算机可执行组件的存储器。系统还可以包括处理器，处理器可操作地耦合到存储器并且可以执行存储在存储器中的计算机可执行组件。计算机可执行组件可以包括初始化组件，初始化组件可以基于映射的量子位哈密顿量中的具有对称性的多个激发算子的换向特性将多个激发算子从映射的量子位哈密顿量分类到扇区。计算机可执行组件还可以包括矩阵组件，矩阵组件可以基于初始化组件分类的扇区，从多个激发算子中的一个激发算子生成运动矩阵方程。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】存在哈密顿对称性的情况下分子激发态的量子计算
本公开内容涉及分子激发态的量子计算，更具体地，涉及在存在哈密顿对称性的情况下分子激发态的自主量子计算。
技术介绍
分子激发态能量的计算可能是电子结构中的重要问题。运动方程(“EoM”)方法是在经典计算机上计算分子激发态的主要方法之一。为了计算分子的分子激发态能量，EoM方法建立了多个矩阵，这些矩阵的大小可以在一个要考虑的激发态数量上平方增加。EoM方法可以有效地映射到量子计算机上，使用后者来计算用于计算激发态能量的矩阵元素的平均值。然而，尽管可以通过量子计算来提供更快的计算处理，但是使用EoM方法的常规技术仍在考虑的激发态数量上对矩阵进行二次缩放。二次缩放可能导致对量子计算资源和/或大量量子位的使用有很高的要求。例如，应用于量子计算设备上的常规EoM方法可能需要大量的量子位才能执行。因此，使具有大量门的量子电路的操作更加困难。因此，在本领域中需要解决前述问题。
技术实现思路
从第一方面来看，本专利技术提供一种用于在存在哈密顿对称性的情况下对分子激发态进行量子计算的系统，系统包括：存储器，存储计算机可执行组件；处理器，可操作地耦合到存储器并执行存储在存储器中的计算机可执行组件，其中计算机可执行组件包括：初始化组件，基于映射的量子位哈密顿量中的具有对称性的多个激发算子的换向(commutation)特性将多个激发算子从映射的量子位哈密顿量分类到扇区；以及矩阵组件，基于初始化组件分类的扇区，从多个激发算子中的一个激发算子生成运动矩阵方程。r>从另一方面来看，本专利技术提供一种系统，包括：存储器，存储计算机可执行组件；处理器，可操作地耦合到存储器并执行存储在存储器中的计算机可执行组件，其中计算机可执行组件包括：控制组件，基于映射的量子位哈密顿量固有的对称性，从映射的量子位哈密顿量中的一对激发算子生成运动矩阵方程。从另一方面来看，本专利技术提供了一种用于在存在哈密顿对称性的情况下对分子激发态进行量子计算的计算机实现的方法，方法包括：通过可操作地耦合到处理器的系统，基于映射的量子位哈密顿量中的具有对称性的多个激发算子的换向特性将多个激发算子从映射的量子位哈密顿量分类到扇区；以及通过该系统基于分类从多个激发算子中的一个激发算子生成运动矩阵方程。从另一方面来看，本专利技术提供了一种用于在存在哈密顿对称性的情况下对分子激发态进行量子计算的计算机实现的方法，包括：基于映射的量子位哈密顿量固有的对称性，从映射的量子位哈密顿量中的一对激发算子生成运动矩阵方程。从另一方面来看，本专利技术提供了一种用于在存在哈密顿对称性的情况下对分子激发态进行量子计算的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有体现在其上的程序指令，程序指令可由处理器执行以使处理器：通过可操作地耦合到处理器的系统基于映射的量子位哈密顿量中的具有对称性的多个激发算子的换向特性将多个激发算子从映射的量子位哈密顿量分类到扇区；以及通过该系统基于多个激发算子到扇区的分类从多个激发算子中的一个激发算子生成运动矩阵方程。一种用于在存在哈密顿对称性的情况下对分子激发态进行量子计算的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有体现在其上的程序指令，该程序指令可由处理器执行以使处理器：通过可操作地耦合到处理器的系统基于映射的量子位哈密顿量固有的对称性，从映射的量子位哈密顿量中的一对激发算子生成运动矩阵方程。从另一方面来看，本专利技术提供了一种用于在存在哈密顿对称性的情况下对分子激发态进行量子计算的计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可由处理电路读取并存储由处理电路执行以执行用于执行本专利技术步骤的方法的指令。从另一方面看，本专利技术提供了一种存储在计算机可读介质上并且可加载到数字计算机的内部存储器中的计算机程序，该计算机程序包括当该程序在计算机上运行时用于执行本专利技术步骤的软件代码部分。下面给出了概述，以提供对本专利技术的一个或多个实施例的基本理解。该概述并非旨在标识关键或重要元素，也不旨在描绘特定实施例的任何范围或权利要求的任何范围。其唯一目的是以简化的形式呈现概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。在本文描述的一个或多个实施例中，描述了可以促进分子激发态的量子计算的系统，计算机实现的方法，装置和/或计算机程序产品。根据一个实施例，提供了一种系统。系统可以包括可以存储计算机可执行组件的存储器。系统还可以包括处理器，处理器可操作地耦合到存储器并且可以执行存储在存储器中的计算机可执行组件。计算机可执行组件可以包括初始化组件，初始化组件可以基于映射的量子位哈密顿量中的具有对称性的多个激发算子的换向特性将多个激发算子从映射的量子位哈密顿量分类到扇区。计算机可执行组件还可以包括矩阵组件，矩阵组件可以基于初始化组件分类的扇区，从多个激发算子中的一个激发算子生成运动矩阵方程。这种系统的优点是可以使用哈密顿对称性来减少运动确定方法方程的计算要求。在一些示例中，扇区中的第一扇区可以包括多个激发算子中的第一对激发算子。第一对激发算子可以与对称性换向，并且扇区中的第二扇区可以包括多个激发算子中的第二对激发算子。同样，第二对激发算子可以与对称性反换向。这种系统的优点是可以减少计算分子激发态时的计算冗余。根据一个实施例，提供了一种计算机实现的方法。该计算机实现的方法可以包括：通过可操作地耦合到处理器的系统，基于映射的量子位哈密顿量中的具有对称性的多个激发算子的换向特性将多个激发算子从映射的量子位哈密顿量分类到扇区。该计算机实现的方法还可以包括通过该系统基于分类从多个激发算子中的一个激发算子生成运动矩阵方程。这种计算机实现的方法的优点是可以减少在量子计算机上运行运动方程方法的量子位的数量。在一些示例中，扇区中的第一扇区可以包括多个激发算子中的第一对激发算子。第一对激发算子可以与对称性换向，并且扇区中的第二扇区可以包括多个激发算子中的第二对激发算子。同样，第二对激发算子可以与对称性反换向。此外，计算机实现的方法可以包括：通过该系统基于第二对激发算子在第二扇区中生成运动矩阵的第二方程。而且，可以基于第一对激发算子来生成运动矩阵方程。这种计算机实现的方法的优点是，与传统方法相比，可能更容易地运行使用大量门的量子电路；从而可以用变分量子本征求解器方法探索复杂的波函数。根据一个实施例，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品用于在存在哈密顿对称性的情况下对分子激发态进行量子计算。该计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质具有体现在其上的程序指令。程序指令可以由处理器执行以使处理器：通过可操作地耦合到处理器的系统基于映射的量子位哈密顿量中的具有对称性的多个激发算子的换向特性将多个激发算子从映射的量子位哈密顿量分类到扇区。程序指令还可以使处理器：通过该系统基于多个激发算子到扇区的分类从多个激发算子中的一个激发算子生成运动矩阵方程。这种计算机程序产品的优点是可以减少在运动方程方法的上下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在存在哈密顿对称性的情况下对分子激发态进行量子计算的系统，包括：：/n存储器，存储计算机可执行组件；/n处理器，可操作地耦合到存储器并执行存储在存储器中的计算机可执行组件，其中计算机可执行组件包括：/n初始化组件，基于映射的量子位哈密顿量中的具有对称性的多个激发算子的换向特性将多个激发算子从映射的量子位哈密顿量分类到扇区；以及/n矩阵组件，基于初始化组件分类的扇区，从多个激发算子中的一个激发算子生成运动矩阵方程./n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181212 US 16/218,0851.一种用于在存在哈密顿对称性的情况下对分子激发态进行量子计算的系统，包括：：
存储器，存储计算机可执行组件；
处理器，可操作地耦合到存储器并执行存储在存储器中的计算机可执行组件，其中计算机可执行组件包括：
初始化组件，基于映射的量子位哈密顿量中的具有对称性的多个激发算子的换向特性将多个激发算子从映射的量子位哈密顿量分类到扇区；以及
矩阵组件，基于初始化组件分类的扇区，从多个激发算子中的一个激发算子生成运动矩阵方程.


2.根据权利要求1所述的系统，其中扇区中的第一扇区包括多个激发算子中的第一对激发算子，其中第一对激发算子与对称性换向，其中扇区中的第二扇区包括多个激发算子中的第二对激发算子，其中第二对激发算子与对称性反换向。


3.根据权利要求2所述的系统，其中矩阵组件基于第一对激发算子对在第一扇区中生成运动矩阵方程，并且其中矩阵组件基于第二对激发算子在第二扇区中生成第二运动矩阵方程。


4.根据权利要求3所述的系统，还包括：
换向器组件，基于运动矩阵方程生成第一换向器并基于第二运动矩阵方程生成第二换向器。


5.根据权利要求4所述的系统，还包括：
递减组件，基于考虑相对于对称性的映射的量子位哈密顿量的参考状态的位置的递减值，递减执行第一换向器的多个量子位。


6.根据权利要求5所述的系统，其中递减组件进一步基于递减值递减执行第二换向器的多个第二量子位。


7.根据权利要求5或6所述的系统，还包括：
计算组件，基于第一换向器和第二换向器求解特征值方程，以确定分子激发态。


8.根据前述权利要求所述的系统，其中系统最小化矩阵元素的评估次数以生成运动矩阵方程。


9.一种系统，包括：
存储器，存储计算机可执行组件；
处理器，可操作地耦合到存储器并执行存储在存储器中的计算机可执行组件，其中计算机可执行组件包括：
控制组件，基于映射的量子位哈密顿量固有的对称性，从映射的量子位哈密顿量中的一对激发算子生成运动矩阵方程。


10.根据权利要求9所述的系统，还包括：
初始化组件，基于具有对称性的一对激发算子的换向特性将一对激发算子分类到扇区。


11.根据权利要求9或10所述的系统，其中通过初始化组件将该对激发算子分类到一个公...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈均富，A·迈扎卡波，M·匹斯托爱，P·奥利特拉尤特，I·塔弗奈利，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