随机量子测量的模拟方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本公开提供了随机量子测量的模拟方法、装置、设备及存储介质，涉及数据处理领域，尤其涉及量子计算领域。具体实现方案为：确定当前随机量子测量所指示待测量量子比特的目标测量操作，待测量量子比特为目标量子电路中的量子比特；目标量子电路至少包含有量子门操作部分和测量操作部分；在目标量子电路所等价的总测量模式的输出节点中，确定与待测量量子比特所对应的目标节点；在待测量量子比特的目标测量操作，与总测量模式中目标节点所对应的当前测量指令指示的预设测量操作不相同的情况下，对总测量模式中目标节点对应的当前测量指令进行调整；模拟运行调整后的总测量模式，得到当前随机量子测量所需的测量结果。如此，提升了模拟效率。模拟效率。模拟效率。

【技术实现步骤摘要】
随机量子测量的模拟方法、装置、设备及存储介质


[0001]本公开涉及数据处理
，尤其涉及量子计算领域。

技术介绍

[0002]量子计算，对于诸多问题而言，能够带来计算效率上的显著优势。但由于当前量子硬件还处于发展的早期阶段，很多理论上的操作(例如多量子比特的量子操作)很难在实验中实现。因此，如何通过最简单的操作完成计算任务或对量子态的性质进行估计，是一个很重要的问题。众多文献已表明，通过对给定量子态进行随机采样，比如，对该给定量子态进行随机量子测量，并对测量结果进行一定的经典数据处理，就可有效估计该给定量子态的各种性质或者完成所需的计算。

技术实现思路

[0003]本公开提供了一种随机量子测量的模拟方法、装置、设备以及存储介质。
[0004]根据本公开的一方面，提供了一种随机量子测量的模拟方法，包括：
[0005]确定当前随机量子测量所指示待测量量子比特的目标测量操作，所述待测量量子比特为目标量子电路中的量子比特；所述目标量子电路至少包含有量子门操作部分和测量操作部分，所述量子门操作部分至少表征有对所述目标量子电路进行模拟演化所需的量子门；所述测量操作部分至少表征有在模拟演化后对所述目标量子电路中量子比特进行量子测量所需的测量操作；
[0006]在所述目标量子电路所等价的总测量模式的输出节点中，确定与所述待测量量子比特所对应的目标节点；其中，所述总测量模式为与所述目标量子电路所等价的满足1WQC模型要求的测量模式；
[0007]在所指示的所述待测量量子比特的目标测量操作，与所述总测量模式中所述目标节点所对应的当前测量指令指示的预设测量操作不相同的情况下，对所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令进行调整；
[0008]模拟运行调整后的总测量模式，得到当前随机量子测量所需的测量结果。
[0009]根据本公开的另一方面，提供了一种随机量子测量的模拟装置，包括：
[0010]测量操作确定单元，用于确定当前随机量子测量所指示待测量量子比特的目标测量操作，所述待测量量子比特为目标量子电路中的量子比特；所述目标量子电路至少包含有量子门操作部分和测量操作部分，所述量子门操作部分至少表征有对所述目标量子电路进行模拟演化所需的量子门；所述测量操作部分至少表征有在模拟演化后对所述目标量子电路中量子比特进行量子测量所需的测量操作；
[0011]节点确定单元，用于在所述目标量子电路所等价的总测量模式的输出节点中，确定与所述待测量量子比特所对应的目标节点；其中，所述总测量模式为与所述目标量子电路所等价的满足1WQC模型要求的测量模式；
[0012]调整单元，用于在所指示的所述待测量量子比特的目标测量操作，与所述总测量
模式中所述目标节点所对应的当前测量指令指示的预设测量操作不相同的情况下，对所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令进行调整；
[0013]运行单元，用于模拟运行调整后的总测量模式，得到当前随机量子测量所需的测量结果。
[0014]根据本公开的再一方面，提供了一种电子设备，包括：
[0015]至少一个处理器；以及
[0016]与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0017]所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行以上所述的方法。
[0018]根据本公开的再一方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行以上所述的方法。
[0019]根据本公开的再一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现以上所述的方法。
[0020]这样，本公开方案能够降低量子电路模拟的等待时间，提升模拟效率。
[0021]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开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
[0022]附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
[0023]图1是根据本公开实施例量子电路的示意图一；
[0024]图2是根据本公开实施例量子电路的示意图二；
[0025]图3是根据本公开实施例满足1WQC模型要求的测量模式的示意图；
[0026]图4是根据本公开实施例随机量子测量的模拟方法的实现流程示意图；
[0027]图5是根据本公开实施例直接翻译完整量子电路的量子模拟的示意图；
[0028]图6是根据本公开实施例随机量子测量的模拟方法在一具体示例中的示意图；
[0029]图7是根据本公开实施例随机量子测量的模拟方法在一具体示例中的目标量子电路的结构示意图；
[0030]图8是根据本公开实施例随机量子测量的模拟装置的结构示意图；
[0031]图9是用来实现本公开实施例随机量子测量的模拟方法的电子设备的框图。
具体实施方式
[0032]以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开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，而不会背离本公开的范围和精神。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。
[0033]与一般采样方式不同，量子随机采样技术需要对完成演化的量子态进行大量的随机量子测量，而且，每次随机量子测量需要使用不同的量子测量操作(本公开方案简称测量操作)。举例来说，如图1所示，量子电路中包括三个量子比特，三个量子比特的初始量子态均为零态，三个量子比特对应三个量子比特位(也即量子位)，可分别标记量子比特位0、量
子比特位1和量子比特位2；最后一列的每一个小方块即表示对对应量子位进行的量子测量操作。每次量子随机采样的最后一列的量子测量操作会不同。
[0034]这样，虽然随机采样技术降低了物理实验操作的要求，但是却增加了经典模拟的难度，比如，每次随机量子测量所用到的测量方式(也即测量操作)均不一样，也就是说，每次随机采样改变了所需模拟的量子电路的结构，即每次模拟随机采样的过程中均需要随机生成一组测量操作(即每次需要改变如图1所示最后一列的测量操作)，而当最后一列中量子测量操作发生变化时，整个量子电路即发生了变化；进一步运行改变后的量子电路(也即新的量子电路)，并获得测量结果，重复多次后即可对测量结果进行统计分析，显然，多次重新运行改变后的量子电路的方式效率很低；而且，若要尝试将演化完的量子态进行存储再进行随机量子测量的话，由于受经典计算机内存限制，则很难模拟超过规模为30个量子比特的量子电路，因此，现有随机采样技术增加了模拟难度。
[0035]基于此，本公开方案提供了一种操作上更便捷的随机量子测量的模拟方案，能够对随机采样技巧的经典模拟效率进行大幅提升，更高效、更经济。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种随机量子测量的模拟方法，包括：确定当前随机量子测量所指示待测量量子比特的目标测量操作，所述待测量量子比特为目标量子电路中的量子比特；所述目标量子电路至少包含有量子门操作部分和测量操作部分，所述量子门操作部分至少表征有对所述目标量子电路进行模拟演化所需的量子门；所述测量操作部分至少表征有在模拟演化后对所述目标量子电路中量子比特进行量子测量所需的测量操作；在所述目标量子电路所等价的总测量模式的输出节点中，确定与所述待测量量子比特所对应的目标节点；其中，所述总测量模式为与所述目标量子电路所等价的满足单向量子计算机1WQC模型要求的测量模式；在所指示的所述待测量量子比特的目标测量操作，与所述总测量模式中所述目标节点所对应的当前测量指令指示的预设测量操作不相同的情况下，对所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令进行调整；模拟运行调整后的总测量模式，得到当前随机量子测量所需的测量结果。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定当前随机量子测量所指示待测量量子比特的目标测量操作，包括：基于预设概率分布，随机生成泡利测量操作；基于随机生成的泡利测量操作，得到当前随机量子测量所指示目标量子电路中待测量量子比特的目标测量操作，所述目标测量操作为以下泡利测量操作之一：泡利X测量操作，泡利Y测量操作，泡利Z测量操作。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述对所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令进行调整，包括：基于所述目标测量操作所等价的目标测量指令，与所述总测量模式中所述目标节点所对应的当前测量指令之间的差异信息，对所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令进行调整。4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中，所述对所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令进行调整，包括：对所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令中以下信息之一进行调整：测量平面，测量依赖关系，测量角度。5.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其中，所述对所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令进行调整，包括：基于以下至少之一进行调整：在所述目标测量操作为泡利X测量操作，且所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令指示泡利Z测量操作的情况下，将所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令中的测量平面调整为XY平面，以及将所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令中与所述目标节点相关联的两个节点的相关信息进行交换；在所述目标测量操作为泡利Y测量操作，且所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令指示泡利Z测量操作的情况下，将所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令中的测量平面调整为XY平面，以及将所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测量指令中的测量角度更新为π/2，以及将所述总测量模式中所述目标节点对应的当前测
量指令中与所述目标节点相关联的两类节点的相关信息进行交换。6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，还包括：将所述目标量子电路中量子门操作部分转换为满足1WQC模型要求的第一测量模式；将所述目标量子电路中测量操作部分转换为满足1WQC模型要求的第二测量模式，所述第二测量模式中输出节点所对应的测量指令指示为预设测量操作；基于所述第一测量模式和所述第二测量模式，得到所述目标量子电路所等价的总测量模式。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述将所述目标量子电路中量子门操作部分转换为满足1WQC模型要求的第一测量模式，包括：在所述目标量子门电路中量子门存在至少两个的情况下，基于所述目标量子门电路中量子门的量子门参数，生成与所述目标量子门电路中量子门所等价的满足1WQC模型要求的子测量模式；基于所述目标量子门电路中各量子门所等价的子测量模式，得到与所述目标量子电路的量子门操作部分所等价的第一测量模式。8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，还包括：在所指示的所述待测量量子比特的目标测量操作，与所述总测量模式中所述目标节点所对应的当前测量指令指示的预设测量操作相同的情况下，模拟运行所述总测量模式，得到当前随机量子测量所需的测量结果。9.一种随机量子测量的模拟装置，包括：测量操作确定单元，用于确定当前随机量子测量所指示待测量量子比特的目标测量操作，所述待测量量子比特为目标量子电路中的量子比特；所述目标量子电路至少包含有量子门操作部分和测量操作部分，所述量子门操作...

【专利技术属性】
技术研发人员：方堃，
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：