一种量子比特纠错方法及误差计量系统技术方案

本发明专利技术公布的一种量子比特纠错方法及误差计量系统，属于量子计算领域。针对现有技术中存在量子态以频数确定概率的不确定性和量子态保真度靠硬件难以实现等问题，本发明专利技术提供了一种量子比特纠错方法及误差计量平台原型系统。根据提出的不确定条件下量子熵概念，给出量子统计复熵算法、量子存储误差静态测量算法和量子运算误差动态测量算法。应用该算法的误差计量平台，其原型系统包括量子比特纠错管理、量子信息数据库和量子比特纠错软件、量子信息显示监测等分系统。量子比特纠错管理系统，可以将一个误差测量系统转变成量子处理器，包括记录模块、分析模块、解析模块、预判模块、计算模块和显示模块，实现从软件上解决量子比特纠错智能决策问题。子比特纠错智能决策问题。子比特纠错智能决策问题。

【技术实现步骤摘要】
一种量子比特纠错方法及误差计量系统


[0001]本专利技术涉及量子计算和与AI智能
，更具体地说，涉及量子比特误差测量方法、量子比特纠错智能决策支持系统软件开发及应用方法。

技术介绍

[0002]在量子运算中，量子比特表示通常是以概率计算，量子态|qubit>测量结果可表示为：其中，|0>态的概率用频数来计算|1>态的概率用频数来计算且满足条件：m1+m2＝M，记＝M，记这里可以看出，通过某个输入统计分析以频数确定的概率具有不确定性。
[0003]量子计算机的芯片是一个量子物理系统，基本的量子逻辑门不是存在于量子芯片上的硬件实物，而是由软件对量子物理系统的操控实现，软件的量子调控能力、计算精度直接决定了量子门能否实现量子态保真度，如何从软件上纠正误差，将一个物理系统转变成量子处理器，做到事前预测，提高量子门实现量子态保真度的能力是量子计算的重点、难点问题。
[0004]为防止量子信息存储或量子计算过程中出现一定概率的失误，现在采用的一般办法是改进硬件，这种方法对于经典计算机的基本逻辑门单元，处理器上电路硬件是可行的，但是，如果量子物理系统操控的是软件系统，这种方法是根本行不通的。
[0005]经典计算的过程以逻辑门为基本的计算单元，而量子运算遵循薛定谔方程描述的演化规律，本质上是一个信息处理连续的演化过程。量子运算在操作过程中发生的是动态型误差，如何以量子逻辑门为基本的操作单元，通过离散方式把连续的量子运算过程分离成一些具有特定过程的组合，解决量子运算误差动态测量问题，就必须给出相应的算法。
[0006]为从软件上纠正误差，将一个物理系统转变成量子处理器，做到事前预测，就必须给出量子比特纠错新的算法，并将这种量子比特误差测量方法应用在量子比特纠错智能决策支持系统的量子计算软件系统模块中，解决量子比特纠错智能决策问题。

技术实现思路

[0007]1.要解决的技术问题
[0008]针对现有技术中，存在多个量子比特通过某个输入统计分析确定出的概率具有不确定性，量子比特表示不能很好反映这一不确定性；量子计算纠错方法不能很好解决如何将一个物理系统转变成量子处理器，如何在不确定条件下解决量子比特误差测量等问题，本专利技术提供了一种量子比特纠错方法及误差计量系统。利用该方法给出不确定条件下量子信息系统的量子统计复熵算法，并应用在量子比特纠错智能决策支持系统研制中，将一个误差测量系统转变成量子处理器操控信息，实现量子存储误差静态测量和量子运算误差动态测量。
[0009]2.技术方案
[0010]本专利技术的目的提供以下技术方案实现。
[0011]一种量子比特纠错方法，包括，分析量子信息误差的来源，进行量子计算机工作过程多比特多逻辑系统误差分类；提出不确定条件下量子熵的概念；分析无误差概率准确度与误差概率准确度之间的关系；给出不确定条件下量子信息系统的量子统计复熵算法；确定量子存储误差静态测量和量子运算误差动态测量方法。
[0012]量子信息误差的来源，主要内容概括如下：
[0013]任何量子信息存储或运算过程都是在不确定性条件下进行的。在复杂多变条件下的多物理场耦合环境下，量子存储和量子运算涉及量子场、电磁场、温度场等多物理场，即量子场、电磁场、温度场中只要某一个“场”发生变化，都会影响量子比特性能的变化，因此，量子态由基态向量子隐形传态，需要一条“量子渠道”和一条“经典通道”，它是一个多物理场共同作用下的结果。
[0014]量子计算机工作过程多比特多逻辑系统误差分类，主要内容概括如下：
[0015]在多比特多逻辑系统，任何量子信息存储或量子运算过程中，总会有一定概率出现失误，我们称为量子信息误差。量子信息误差一般分为两类，即量子存储误差和量子运算误差。发生在所存储的信息上，不管这时是否进行操作总会存在，一般称为静态型误差；在操作期间发生的运算误差，一般称为动态型误差。显然，量子存储误差是静态型误差，量子运算误差是动态型误差。
[0016]不确定条件下量子熵的概念，主要内容概括如下：
[0017]量子比特单元信息处理过程都会出现一定概率失误，根据熵是对事物不确定性的一种度量测度，在复数域的量子比特单元多物理场系统中，根据量子态的布洛赫球约束条件和量子态|qubit>的物理意义，提出了不确定条件下量子熵的概念，定义量子熵为如下两种表达形式(本质一致)
[0018]或者
[0019][0020]无误差概率准确度与误差概率准确度之间的关系，主要内容概括如下：
[0021]根据量子熵定义，证明了满足布洛赫球的约束条件即证明了一个量子态发生误差概率p(t)的准确度与量子态无误差概率1
‑
p(t)的准确度之间有“对称”的“和1”关系。
[0022]不确定条件下量子统计复熵算法，步骤如下，
[0023]步骤一：计算量子存储时间为t时刻发生误差的概率：p(t)；
[0024]步骤二：计算量子信息处理过程的熵：
‑
p(t)lnp(t)；
[0025]步骤三：计算量子信息存储准确度：E
A
(t)＝1
‑
[
‑
p(t)lnp(t)]。
[0026]即E
A
(t)映射到p(t)，减少不确定条件下量子信息在处理过程中出现测量误差概率值p(t)的不确定性，使得量子信息存储误差测量结果更具有科学性和可靠性。
[0027]不确定条件下量子存储误差的熵式度量法静态算法，步骤如下，
[0028]步骤1：设k个独立比特，n个逻辑位；
[0029]步骤2：计算量子信息存储t时刻量子比特误差概率p(t)；
[0030]步骤3：计算无误差概率p(t)准确度[1
‑
(
‑
p(t)lnp(t))]；
[0031]步骤4：计算k个独立比特保有正确概率的“联合准确度”记为代入公式：
[0032]步骤5：k个独立比特误差概率p(t)的无误差概率1
‑
p(t)的联合准确度记为代入公式：
[0033]不确定条件下量子运算误差的熵式度量法动态算法，主要内容概括如下：
[0034]在多比特多逻辑系统，当量子运算是操作期间发生的动态型误差时，本专利技术给出“时间截面法”将动态问题离散化。即在无穷小的操作时间截面Δt
i
(
→
0)时刻，以量子逻辑门为基本的操作单元当量子运算是操作期间发生时是动态的，通过“时间截面法”把量子运算过程分离成一些具有特定过程的组合，将动态问题离散化，这样得到不确定性条件下量子运算的动态型误差测量算法。步骤如下，
[0035]步骤a：将一个量子态保持在一个操作时间时刻t时刻，
[0036]步骤b：令在操作时刻τ(τ无穷小)内让测量次数N足够大(N趋于∞)，
[0037]步骤c：计算误差概率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子比特纠错方法，其特征在于：包括，提出不确定条件下量子熵概念：定义量子熵为以下两种表达形式(本质一致)或者给出不确定条件下量子统计复熵算法，步骤如下：步骤一：计算量子存储时间为t时刻发生误差的概率：p(t)；步骤二：计算量子信息处理过程的熵：
‑
p(t)lnp(t)；步骤三：计算量子信息存储准确度：E
A
(t)＝1
‑
[
‑
p(t)lnp(t)]。2.根据权利1要求所述的一种量子比特纠错方法，其特征在于：建立量子存储误差静态型误差模型，和量子运算误差的动态型误差测量模型，给出量子存储误差静态测量算法，和动态型误差测量算法，根据这些算法可以修正在不确定条件下量子信息处理过程中测量多比特、多逻辑位的量子存储误差和量子运算误差。3.根据权利1要求所述的一种量子比特纠错方法，其特征在于：给出的不确定条件下量子态熵式度量新的方法和量子信息存储误差测量定义、算法和量子运算误差测量的计算公式，可以应用在开发量子信息存储误差测量和量子运算误差测量的智能决策支持系统中。4.根据权利要求1，权利要求2所述算法，构建的量子比特纠错计量平台原型系统，其特征在于：将一个误差测量系统转变成量子处理器，实现量子比特数据查询、集成、纠错功能、量子比特纠错管理功能和控制、状态、监测等显示功能。5.根据权利要求4所述的量子比特纠错计量平台原型系统，其特征在于：系统架构是，基于量子算力网服务器平台，和量子信息数据库、量子比特纠错软件、量子比特纠错管理以及量子信息显示监控等分系统组成的一体化运行环境下的误差计量系统。6.根据权利要求4和权利要求5，量子比特纠错管理系统，其特征在于：包括，记录模块a：记录量子计算任务信息和微波测量环境种类及数量信息；分析模块b1：分析微波测量环境中...

【专利技术属性】
技术研发人员：程启月，傅宇龙，蔡剑，
申请(专利权)人：量子科技长三角产业创新中心，
类型：发明
国别省市：