估计量子逻辑门和量子电路的保真度制造技术

用于估计量子逻辑门的保真度的方法、系统和装置。一方面，一种方法包括定义随机量子电路的多个集合；对于随机量子电路的每个集合：为随机量子电路的集合中的每个元素选择观测量，其中，每个所选观测量对应于随机量子电路的集合中的相应元素，并且取决于该每个所选观测量所对应的元素；估计随机量子电路的集合的极化参数的值，包括基于多个期望值来执行最小均方最小化，其中每个期望值包括相应所选观测量相对于与相应所选观测量相对应的随机量子电路的实验实现方式的输出的期望值；以及处理估计的极化参数值来获得对n量子比特量子逻辑门的保真度的估计。门的保真度的估计。门的保真度的估计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】估计量子逻辑门和量子电路的保真度

技术介绍

[0001]本说明书涉及量子计算。
[0002]量子计算使用量子力学现象(诸如叠加和纠缠)来执行计算。量子电路是用于量子计算的一个示例模型，在量子计算中，计算是一系列量子逻辑门，这一系列量子逻辑门是n比特寄存器的量子力学模拟上的可逆变换。

技术实现思路

[0003]本说明书描述了用于估计量子逻辑门和量子电路的保真度(fidelity)的技术。
[0004]一般地，在本说明书中描述的主题的一个创新方面可以以用于估计n量子比特量子逻辑门的保真度的方法来实现，该方法包括：定义随机量子电路的多个集合，其中，随机量子电路的多个集合对应于不同的相应深度并且随机量子电路的多个集合中的每个集合包括具有相同电路深度d的随机量子电路，其中，定义随机量子电路的多个集合包括，对于随机量子电路的每个集合：定义随机量子电路的集合的一个或多个元素，包括：对于每个元素，从单量子比特门的预定义集合中随机采样出d*n个单量子比特门，其中，每个单量子比特门以相应的周期(cycle)对相应的量子比特进行操作；以及将随机量子电路的集合的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于估计n量子比特量子逻辑门的保真度的方法，所述方法包括：定义随机量子电路的多个集合，其中，所述随机量子电路的多个集合对应于不同的相应深度并且所述随机量子电路的多个集合中的每个集合包括具有相同电路深度d的随机量子电路，其中，定义随机量子电路的多个集合包括，对于随机量子电路的每个集合：定义随机量子电路的集合的一个或多个元素，其包括：对于每个元素，从单量子比特门的预定义集合中随机采样出d*n个单量子比特门，其中，每个单量子比特门以相应的周期对相应的量子比特进行操作；以及将随机量子电路的集合的元素定义为等于d个周期的n个随机采样出的单量子比特门及其后的n量子比特量子逻辑门；对于随机量子电路的每个集合：为随机量子电路的集合中的每个元素选择观测量，其中，每个所选观测量对应于随机量子电路的集合中的相应元素，并且取决于其所对应的元素；以及估计随机量子电路的集合的极化参数的值，其包括基于多个期望值来执行最小均方最小化，其中，每个期望值包含相应所选观测量相对于与相应所选观测量相对应的随机量子电路的实验实现方式的输出的期望值；以及处理估计的极化参数值来获得对n量子比特量子逻辑门的保真度的估计。2.根据权利要求1所述的方法，其中，估计随机量子电路的集合的极化参数的值还包括确定多个期望值，其包括：对于每个期望值，将相应所选观测量相对于与相应所选观测量相对应的随机量子电路的实验实现方式的输出的期望值定义为i)相应所选观测量的迹除以Hilbert空间的尺寸，加上ii)随机量子电路的极化乘以相应所选观测量相对于随机量子电路的理想输出状态的期望值与相应所选观测量的迹除以Hilbert空间的尺寸之间的差；数值地估计(i)相应所选观测量相对于随机量子电路的理想输出状态的期望值的值，以及ii)相应所选观测量的迹除以Hilbert空间的尺寸的值；以及实验地估计相应所选观测量相对于随机量子电路的实验实现方式的输出的期望值的值。3.根据权利要求2所述的方法，其中，实验地估计相应所选观测量相对于随机量子电路的实验实现方式的输出的期望值的值包括：重复地：以初始状态准备量子系统；将随机量子电路应用到以初始状态准备的量子系统来生成量子系统的演进状态；以及相对于量子系统的演进状态测量相应所选观测量；以及对所测量的所选观测量进行平均来估计相应所选观测量相对于随机量子电路的实验实现方式的输出的期望值的值。4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，执行最小均方最小化包括：对平方残差之和进行最小化，每个平方残差对应于随机量子电路的集合中的相应元素，并且每个平方残差包括以下内容的平方：
i)相应所选观测量的迹除以Hilbert空间的尺寸，加上ii)随机量子电路的集合的极化参数的值乘以相应所选观测量相对于随机量子电路的理想输出状态的期望值与相应所选观测量的迹除以Hilbert空间的尺寸之间的差，减去iii)相应所选观测量相对于与相应所选观测量相对应的随机量子电路的实验实现方式的输出的期望值。5.根据权利要求1所述的方法，其中，对估计的极化参数值进行处理来获得对n量子比特量子逻辑门的保真度的估计包括：将与每个电路深度d相对应的估计的极化参数值拟合为d的指数衰减；基于d的指数衰减以及所获得的对n个量子比特进行操作的量子电路中的单量子比特门的极化的估计来确定n量子比特量子逻辑门的估计的每周期极化p
n
；以及使用F＝p
n
+(1
‑
p
n
)/D来确定对n量子比特量子逻辑门的保真度的估计，其中D＝2
n
表示Hilbert空间维度。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述n量子比特量子逻辑门对至多5个量子比特进行操作。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所选观测量在计算基础上是对角的。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所选观测量包括交叉熵基准观测量、线性交叉熵观测量或重输出生成分数观测量。9.根据权利要求1所述的方法，还包括使用对n量子比特量子逻辑门的保真度的估计来确定实现n量子比特量子逻辑门的量子硬件的一个或多个属性。10.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于所确定的对保真度的估计来确定对量子硬件控制参数的一个或多个调整；以及使用量子计算硬件来实现所确定的一个或多个调整以执行量子计算。11.根据权利要求1所述的方法，还包括：计算与所选观测量相关联的随机变量的分布；以及使用计算出的随机变量的分布来执行一个或多个统计测试，以获得关于...

【专利技术属性】
技术研发人员：S博伊科索卡斯特里洛，V斯梅尔扬斯基，H内文，A科罗特科夫，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：