并行交叉熵标杆分析制造技术

用于对量子计算硬件进行标杆分析的方法、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位的阵列操作的初始电路，其中，初始电路包括双量子位门的多个实例，其中，双量子位门的每个实例对阵列中的相应相邻量子位对执行相同的操作；将初始电路划分为多个层，其中，在相应层中的双量子位门的实例能够被并行实现；对于多个层中的每一层：为所述层构建标杆分析电路，其中，所述层的每个标杆分析电路包括量子门的一个或多个周期，每个周期包括：双量子位门的实例的层和多个单量子位门；实现构建的标杆分析电路以获得实验标杆分析数据；以及使用实验标杆分析数据调整控制模型的控制参数。型的控制参数。型的控制参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】并行交叉熵标杆分析


[0001]本说明书涉及量子计算。

技术介绍

[0002]量子计算使用诸如叠加和纠缠等量子力学现象来执行计算。量子电路是量子计算的一个示例模型，其中计算是一系列量子逻辑门，这些逻辑门是对n位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对多量子位量子门进行标杆分析(benchmarking)的技术。
[0004]总的来说，本说明书中描述的主题的一个创新方面能够在一种方法中实现，所述方法包括：定义用于实现双量子位量子门的控制模型；调整用于实现双量子位量子门的控制模型，所述调整包括：定义被配置为在量子位阵列上操作的初始量子电路，其中，初始量子电路包括双量子位门的多个实例，其中，双量子位门的每个实例对量子位阵列中的各个相邻量子位对执行相同的操作；将初始量子电路划分为双量子位门的实例的多层，其中，在各个层中的双量子位门的实例能够被并行实现；对于双量子位门实例的多层中的每一层：为所述层构建一个或多个标杆分析电路，其中，所述层的每个标杆分析电路包括量子门的一个或多个周期，每个周期包括：双量子位门的实例的层和多个单量子位门，其中，多个单量子位门中的每个单量子位门与量子位阵列中的相应量子位相对应；实施构建的标杆分析电路以获得实验标杆分析数据；以及使用生成的实验标杆分析数据来调整用于实现双量子位量子门的控制模型的控制参数。
[0005]该方面的其他实现包括记录在一个或多个计算机存储设备上的对应的经典和量子计算机系统、装置和计算机程序，每个计算机存储设备被配置为执行方法的动作。一个或多个经典和/或计算机的系统能够被配置为通过在系统上安装软件、固件、硬件或其组合来执行特定的操作或动作，所述软件、固件、硬件或其组合在操作中使系统执行这些动作。一个或多个计算机程序能够被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，当指令由数据处理设备执行时使得所述设备执行动作。
[0006]前述和其他实现能够分别可选地单独或组合地包括一个或多个以下特征。在一些实现中，为双量子位门的实例的层构建标杆分析电路包括将量子门的一个或多个时钟周期分配给量子位阵列，对于每个时钟周期，包括：从预定的单量子位量子门集合中随机采样多个单量子位量子门，其中，每个随机采样的单量子位量子门与量子位阵列中的相应量子位相对应；将随机采样的多个单量子位量子门分配给量子位阵列中的相应量子位，并将所述层中的双量子位门的实例分配给量子位阵列中的相应最近邻量子位对。
[0007]在一些实现中，预定的单量子位量子门集合包括和T量子门，其中，表示围绕X轴的π/2旋转，表示围绕y轴的π/2旋转，并且T表示非克利福德(non
‑
Clifford)
对角矩阵{0，e
iπ/4
}。
[0008]在一些实现中，将随机采样的多个单量子位量子门分配给量子位阵列中的相应量子位包括：在当前时钟周期内将第二单量子位门分配给量子位q，其中，第二单量子位门与在前一时钟周期内分配给量子位q的第一单量子位门不同。
[0009]在一些实现中，为所述层构建一个或多个标杆分析电路包括构建具有不同相应电路深度的多个标杆分析电路。
[0010]在一些实现中，实现构建的标杆分析电路以获得实验标杆分析数据包括，对于每个构建的标杆分析电路：在初始状态下初始化量子位阵列中的每个量子位；将构建的标杆分析电路应用于量子位阵列中的初始化量子位，其中，在双量子位门的实例的每一层中的双量子位门的实例被并行实现；测量量子位阵列中的每个量子位，以获得每个量子位的测量数据；以及从测量数据中提取实验标杆分析数据。
[0011]在一些实现中，所述方法还包括，在将构建的标杆分析电路应用于量子位阵列中的初始化量子位之前，将哈达玛(Hadamard)门应用于初始状态中的每个量子位。
[0012]在一些实现中，使用生成的实验标杆分析数据来调整用于实现双量子位量子门的控制模型的控制参数包括：经典地模拟每个构建的标杆分析电路以获得表示构建的标杆分析电路的理想实现的输出分布的经典标杆分析数据；将经典标杆分析数据与实验标杆分析数据进行比较，包括确定经典标杆分析数据和实验标杆分析数据之间的交叉熵差，其中，交叉熵差表示构建的标杆分析电路的实现的保真度；以及调整用于实现双量子位量子门的控制模型的控制参数，以提高构建的标杆分析电路的并行实现的保真度。
[0013]在一些实现中，所述方法还包括：将构建的标杆分析电路的实现的保真度估计为电路深度的函数；以及通过将作为电路深度的函数的构建的标杆分析电路的实现的保真度拟合到指数来确定每周期误差(error
‑
per
‑
cycle)的度量。
[0014]在一些实现中，控制模型的控制参数包括一个或多个量子门的控制角度。
[0015]在一些实现中，量子位阵列包括2D阵列，并且其中，双量子位门的实例的多层包括双量子位门的四层实例。
[0016]本说明书中描述的主题能够以特定的方式实现，以便实现一个或多个以下优点。
[0017]实现本说明书中描述的技术的系统使得多量子位纠缠门能够被有效地和高效地标杆分析。与其他技术相比，例如其中多量子位门的单个副本被单独标杆分析的技术，当前描述的技术将标杆分析的运行时间减少到恒定时间，从而易于扩展。此外，与其他技术相比，例如其中忽略诸如串扰和不想要的量子位相互作用的量子硬件操作的非理想性的技术，当前描述的技术允许捕获这种非理想性，同时保持标杆分析过程的可处理性。
[0018]当前描述的技术能够应用于改进量子计算硬件。诸如量子门保真度的标杆分析结果能够被用于确定可以提高现有量子计算硬件的精度的调整，例如，提高量子计算硬件执行量子操作的精度。例如，标杆分析结果能够被用于调整用于实现量子门的控制模型。调整后的控制模型中的误差能够对漂移不太敏感，因为误差是二次的并且确定的调整产生的控制模型越来越精确。标杆分析结果也能够被用于校准或验证量子计算硬件。
[0019]本说明书主题的一个或多个实现的细节在附图和以下描述中阐述。根据描述、附图和权利要求，本主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。
附图说明
[0020]图1描绘了用于对量子计算硬件的性能进行标杆分析的示例系统。
[0021]图2A图示了将初始量子电路划分为能够被并行实现的多个层的示例。
[0022]图2B图示了示例标杆分析量子电路。
[0023]图3是用于调整实现双量子位量子门的控制模型的示例过程的流程图。
[0024]图4A示出了由于此类控制串扰和杂散量子位
‑
量子位相互作用导致的单独和并行操作之间的门行为差异的示例图。
[0025]图4B示出了在孤立实验和并行实验中获得的酉之间的酉模型参数差异的示例图。
具体实施方式
[0026]概览
[0027]量子电路是量子计算的模型，其中量子逻辑门以特定的顺序被应用于量子位寄存器，以编码量子信息。理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：定义用于实现双量子位量子门的控制模型；调整用于实现双量子位量子门的控制模型，所述调整包括：定义被配置为对量子位阵列进行操作的初始量子电路，其中，初始量子电路包括双量子位门的多个实例，其中，双量子位门的每个实例对量子位阵列中的相应相邻量子位对执行相同的操作；将初始量子电路划分为双量子位门的实例的多层，其中，在相应层中的双量子位门的实例能够被并行实现；对于双量子位门的实例的多层中的每一层：为所述层构建一个或多个标杆分析电路，其中，所述层的每个标杆分析电路包括量子门的一个或多个周期，每个周期包括：双量子位门的实例的层和多个单量子位门，其中，多个单量子位门中的每个单量子位门与量子位阵列中的相应量子位相对应；实现构建的标杆分析电路以获得实验标杆分析数据；以及使用生成的实验标杆分析数据来调整用于实现双量子位量子门的控制模型的控制参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中，为双量子位门的实例的层构建标杆分析电路包括将量子门的一个或多个时钟周期分配给量子位阵列，对于每个时钟周期，包括：从预定的单量子位量子门集合中随机采样多个单量子位量子门，其中，每个随机采样的单量子位量子门与量子位阵列中的相应量子位相对应；将随机采样的多个单量子位量子门分配给量子位阵列中的相应量子位；并且将所述层中的双量子位门的实例分配给量子位阵列中的相应最近邻量子位对。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定的单量子位量子门集合包括和T量子门，其中，表示围绕X轴的π/2旋转，表示围绕y轴的π/2旋转，并且T表示非克利福德对角矩阵{0，e
iπ/4
}。4.根据权利要求2所述的方法，其中，将随机采样的多个单量子位量子门分配给量子位阵列中的相应量子位包括：在当前时钟周期内将第二单量子位门分配给量子位q，其中，第二单量子位门与在前一时钟周期内分配给量子位q的第一单量子位门不同。5.根据权利要求1所述的方法，其中，为所述层构建一个或多个标杆分析电路包括构建具有不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：K萨特辛格，C尼尔，JS凯利，A邓斯沃思，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：