区块和省略保真度估计制造技术

用于估计量子处理器性能的方法、系统和装置。在一个方面，一种方法包括定义被配置为对量子比特阵列进行操作的基准测试电路，其中该基准测试电路包括一个或多个量子门周期，每个周期包括随机采样出的单量子比特门的相应层和相同的多量子比特门的多个实例的层；将所定义的基准测试电路划分为两个或更多个子电路，包括：定义量子比特阵列中的量子比特之间的一个或多个边界，移除跨越所定义的一个或多个边界的多量子比特门的实例以创建两个或更多个子电路；使用经划分的基准测试电路来执行基准测试过程，以估计子电路中的每一个的相应电路保真度；以及将子电路中的每一个的估计的电路保真度相乘，以获得对量子处理器保真度的估计。计。计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】区块和省略保真度估计

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对n比特寄存器的量子力学模拟的可逆变换。

技术实现思路

[0003]本说明书描述了用于估算量子计算机的保真度的技术。
[0004]一般地，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以以用于估计量子处理器性能的方法来实现，该方法包括：定义被配置为对量子比特阵列进行操作的基准测试(benchmarking)量子电路，其中，该基准测试量子电路包括一个或多个量子门周期(cycle)，每个量子门周期包括随机采样出的单量子比特门的相应层和相同的多量子比特门的多个实例的层；将所定义的基准测试量子电路划分为两个或更多个子电路，包括：定义量子比特阵列中的量子比特之间的一个或多个边界，移除跨越所定义的一个或多个边界的多量子比特门的实例以创建两个或更多个子电路，每个子电路是不跨越所定义的一个或多个边界中的任何一个的电路；使用经划分的基准测试量子电路来执行基准测试过程，以估计两个或更多个子电路中的每一个的相应电路保真度；以及将两个或更多个子电路中的每一个的估计的电路保真度相乘，以获得对所定义的基准测试量子电路的保真度的估计。
[0005]该方面的其他实现方式包括相应的经典和量子计算机系统、装置，以及记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，其中每个都被配置为执行方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为通过将软件、固件、硬件或其组合安装在系统上来执行特定操作或动作，这些软件、固件、硬件或其组合在操作中使得系统执行动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括当由数据处理装置执行时使装置执行动作的指令来执行特定操作或动作。
[0006]前述和其他实现方式每个都可以可选地以单独或组合的方式包括以下特征中的一个或多个。在一些实现方式中，定义基准测试量子电路包括：从单量子比特量子门的预定集合中随机采样出多个单量子比特量子门，其中，每个随机采样出的单量子比特量子门对应于量子比特阵列中的相应量子比特并且对应于一个或多个周期的相应周期；将随机采样出的多个单量子比特量子门分配给在所定义的基准测试量子电路中随机采样出的单量子比特门的相应层；以及将多量子比特门的实例分配给相同的多量子比特门的多个实例的层。
[0007]在一些实现方式中，多量子比特量子门的多个实例的每个层包括双量子比特(two
‑
qubit)门的多个副本(copy)，其中，双量子比特门的每个副本对量子比特阵列中的相应最近相邻量子比特对进行操作。
[0008]在一些实现方式中，双量子比特门的多个副本对量子比特阵列中的所有相邻量子比特对进行操作。
[0009]在一些实现方式中，两个或更多个子电路包括分别对量子比特阵列中不相交的量子比特子集进行操作的不相交的子电路。
[0010]在一些实现方式中，使用经划分的基准测试量子电路来执行基准测试过程以确定两个或更多个子电路中的每一个的相应电路保真度包括：使用量子计算硬件来实现经划分的基准测试量子电路以获得实验基准测试数据；经典地模拟经划分的基准测试量子电路的理想实现方式，包括对两个或更多个子电路中的每一个的理想实现方式执行单独的模拟，以获得经典基准测试数据的相应集合，每个集合表示相应子电路的理想实现方式的输出分布；对于每个子电路，将子电路的经典基准测试数据与所获得的实验数据的相应部分进行比较，以确定子电路的估计的保真度。
[0011]在一些实现方式中，使用量子计算硬件来实现经划分的基准测试量子电路以获得实验基准测试数据包括：以初始状态初始化量子比特阵列中的每个量子比特；将经划分的基准测试量子电路应用于初始化的量子比特；以及测量量子比特阵列中的每个量子比特，以获得每个量子比特的测量数据。
[0012]在一些实现方式中，该方法还包括在以初始状态初始化量子比特阵列中的每个量子比特之后、且在应用经划分的基准测试量子电路之前，向每个量子比特应用Hadamard门。
[0013]在一些实现方式中，将经划分的基准测试量子电路应用于初始化的量子比特包括执行其中两个或更多个子电路中的每一个近似同时实现的单次实验。
[0014]在一些实现方式中，该方法还包括定义被配置为对量子比特阵列进行操作的多个基准测试量子电路，其中，所定义的多个基准测试量子电路包括具有来自预定电路深度范围中的不同电路深度的量子电路；以及估计每个所定义的基准测试量子电路的保真度。
[0015]在一些实现方式中，该方法还包括基于所获得的对所定义的基准测试量子电路的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；以及实现所确定的一个或多个调整以使用量子计算硬件来执行量子计算。
[0016]一般地，本说明书中描述的主题的另一个创新方面可以以用于估计量子处理器性能的方法来实现，该方法包括：定义被配置为对量子比特阵列进行操作的基准测试量子电路，其中，该基准测试量子电路包括一个或多个量子门周期，每个量子门周期包括随机采样出的单量子比特门的相应层和相同的多量子比特门的多个实例的层；修正(modify)所定义的基准测试量子电路，包括：定义量子比特阵列中的量子比特之间的一个或多个边界，移除跨越所定义的一个或多个边界的多量子比特门的实例的适当子集；以及使用经修正的基准测试量子电路来执行基准测试过程，以估计所定义的基准测试量子电路的保真度。
[0017]该方面的其他实现方式包括相应的经典和量子计算机系统、装置，以及记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，其中每个都被配置为执行这些方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为通过将软件、固件、硬件或其组合安装在系统上来执行特定操作或动作，这些软件、固件、硬件或其组合在操作中使得系统执行动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括当由数据处理装置执行时使装置执行动作的指令来执行特定操作或动作。
[0018]前述和其他实现方式每个都可以可选地以单独或组合的方式包括以下特征中的一个或多个。在一些实现方式中，移除跨越所定义的一个或多个边界的多量子比特门的实例的适当子集包括移除在预定数量的量子门周期中跨越一个或多个边界的多量子比特量
子门的实例的适当子集。
[0019]在一些实现方式中，定义基准测试量子电路包括：从预定的单量子比特量子门集合中随机采样出多个单量子比特量子门，其中，每个随机采样出的单量子比特量子门对应于量子比特阵列中的相应量子比特并且对应于一个或多个周期的相应周期；将随机采样出的多个单量子比特量子门分配给在所定义的基准测试量子电路中随机采样出的单量子比特门的相应层；以及将多量子比特门的实例分配给相同的多量子比特门的多个实例的层。
[0020]在一些实现方式中，多量子比特量子门的多个实例的每个层包括双量子比特门的多个副本，其中，双量子比特门的每个副本对量子比特阵列中的相应最近相邻量子比特进对行操作。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于估计量子处理器性能的方法，所述方法包括：定义被配置为对量子比特阵列进行操作的基准测试量子电路，其中，所述基准测试量子电路包括一个或多个量子门周期，每个量子门周期包括随机采样出的单量子比特门的相应层和相同的多量子比特门的多个实例的层；将所定义的基准测试量子电路划分为两个或更多个子电路，包括：定义量子比特阵列中的量子比特之间的一个或多个边界，移除跨越所定义的一个或多个边界的多量子比特门的实例以创建两个或更多个子电路，每个子电路是不跨越所定义的一个或多个边界中的任何一个的电路；使用经划分的基准测试量子电路来执行基准测试过程，以估计所述两个或更多个子电路中的每一个的相应电路保真度；以及将所述两个或更多个子电路中的每一个的估计的电路保真度相乘，以获得对所定义的基准测试量子电路的保真度的估计。2.根据权利要求1所述的方法，其中，定义基准测试量子电路包括：从单量子比特量子门的预定集合中随机采样出多个单量子比特量子门，其中，每个随机采样出的单量子比特量子门对应于量子比特阵列中的相应量子比特并且对应于所述一个或多个周期中的相应周期；将随机采样出的多个单量子比特量子门分配给所定义的基准测试量子电路中的随机采样出的单量子比特门的相应层；以及将多量子比特门的实例分配给相同的多量子比特门的多个实例的层。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述多量子比特量子门的多个实例的每个层包括双量子比特门的多个副本，其中，所述双量子比特门的每个副本对量子比特阵列中的相应最近相邻量子比特对进行操作。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述双量子比特门的多个副本对量子比特阵列中的所有相邻量子比特对进行操作。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两个或更多个子电路包括不相交的子电路，所述不相交的子电路分别对量子比特阵列中的不相交的量子比特子集进行操作。6.根据权利要求1所述的方法，其中，使用经划分的基准测试量子电路来执行基准测试过程以确定所述两个或更多个子电路中的每一个的相应电路保真度包括：使用量子计算硬件来实现经划分的基准测试量子电路，以获得实验基准测试数据；经典地模拟经划分的基准测试量子电路的理想实现方式，包括对所述两个或更多个子电路中的每一个的理想实现方式执行单独的模拟，以获得经典基准测试数据的相应集合，每个集合表示相应子电路的理想实现方式的输出分布；对于每个子电路，将子电路的经典基准测试数据与所获得的实验数据的相应部分进行比较，以确定子电路的估计的保真度。7.根据权利要求1所述的方法，其中，使用量子计算硬件来实现经划分的基准测试量子电路以获得实验基准测试数据包括：以初始状态初始化量子比特阵列中的每个量子比特；将经划分的基准测试量子电路应用于初始化的量子比特；以及测量量子比特阵列中的每个量子比特，以获得每个量子比特的测量数据。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：在以初始状态初始化量子比特阵列中的每个量子比特之后、且在应用经划分的基准测试量子电路之前，向每个量子比特应用Hadamard门。9.根据权利要求7所述的方法，其中，将经划分的基准测试量子电路应用于初始化的量子比特包括执行单次实验，在所述单次实验中，所述两个或更多个子电路中的每一个近似同时实现。10.根据权利要求1所述的方法，还包括：定义被配置为对量子比特阵列进行操作的多个基准测试量子电路，其中，所定义的多个基准测试量子电路包括具有来自预定电路深度范围中的不同电路深度的量子电路；以及通过执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的操作来估计每个所定义的基准测试量子电路的保真度。11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，还包括：基于所获得的对所定义的基准测试量子电路的保真度的估计，来确定对量子硬件控制参数的一个或多个调整；以及实现所确定的一个或...

【专利技术属性】
技术研发人员：S博伊克索卡斯特里洛，C吉德尼，A扎尔克曼，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：