量子数据加载器制造技术

本公开总体涉及量子算法和量子数据的加载领域，并且更具体地，涉及构建用于将经典数据加载到量子中态的量子电路，该量子电路减少电路的计算资源，例如，量子位的数目、量子电路的深度和电路中的门的类型。的深度和电路中的门的类型。的深度和电路中的门的类型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子数据加载器


[0001]本公开一般涉及量子算法和量子数据加载的领域，并且更具体地，涉及构建用于将经典数据加载到量子态中的量子电路，该量子电路减少电路的计算资源，例如，量子位的数目、量子电路的深度和电路中的门的类型。

技术介绍

[0002]许多量子机器学习和优化算法将经典数据加载到量子态中，以便使用量子规程用于分类、聚类或求解线性系统等任务。这使得这些算法不是近期(near
‑
term)的，因为此类加载器(也称为量子随机存取存储器(QRAM))的提案，在量子位的数目和量子电路的深度两者方面都是大型和复杂的电路。例如，传统的QRAM电路的深度为O(n)，其中n是表示经典数据点的矢量的维度。

技术实现思路
附图说明
[0003]本公开的实施例具有其他优点和特征，这些优点和特征将在结合附图中的示例时从以下详细描述和所附权利要求中更容易地看出，在附图中：
[0004]图1A是示出根据实施例的用于使用单个参数化二量子位门(称为“BS”)将经典数据加载到量子态中的量子电路的图示。
[0005]图1B是示出根据不同的实施例的用于使用单个参数化二量子位门及其受控版本(称为“c
‑
BS”)将经典数据加载到量子态中的量子电路的图示。
[0006]图2是示出根据实施例的将量子数据加载器应用于估计两个数据点之间的距离(或等同于内积)的一种方式的图示。
[0007]图3是示出根据另一个实施例的将量子数据加载器应用于估计两个数据点之间的距离(或等同于内积)的一种方式的图示。
[0008]图4A和图4B是示出根据一些实施例的使用超导量子位的量子数据加载器的可能硬件实现的图示。
[0009]图5A和图5B是示出根据一些实施例的使用线性光学器件的量子数据加载器的可能硬件实现的图示。
[0010]图6是展示根据实施例的能够从机器可读介质中读取指令，并在包括量子处理器的一个或多个处理器中执行它们的示例计算系统的部件的框图。
[0011]附图仅出于展示目的描绘了各种实施例。本领域技术人员将容易从下面的讨论中认识到，在不背离本文中描述的原理的情况下，可以采用本文中展示的结构和方法的备选实施例，例如，通过改变BS门的具体情况。
具体实施方式
[0012]附图和以下描述仅以展示的方式涉及优选实施例。应该注意的是，从下面的讨论中，本文公开的结构和方法的备选实施例将容易被认为是可行的备选方案，其可以在不背离所要求的原理的情况下采用。
[0013]这里我们描述了一种用于在量子计算机上加载经典数据的新电路构造，其可以减少量子位的数目和量子电路的深度。
[0014]第1部分：用于将经典数据加载到量子态中的方法
[0015]在一个方面，经典数据点由n维矢量(x1,x2,
…
,x
n
)表示，其中x
i
是实数，并且矢量的欧几里得范数是1。为了清楚地介绍该特定方面，我们将假设n是2的幂，但我们的方法可以扩展到一般情况。
[0016]从经典数据点(x1,x2,
…
,x
n
)，我们将描述电路的具体实现，其可以有效地创建编码该经典数据的量子态，即创建状态
[0017][0018]其中e
i
是i的一元表示。也可以构建相同系列的其他等效电路。
[0019]第一步是从经典的数据点(x1,x2,
…
,x
n
)经典地计算出角度集合(θ1,θ2,
…
,θ
n
‑1)。在一个方面，角度按以下方式计算：
[0020]第一，我们计算中间数列(series)(r1,r2,
…
,r
n
‑1)，这将有助于我们按以下方式计算。我们首先定义最后的n/2值(r
n/2
,
…
,r
n
‑1)。为此，我们定义在区间[1,n/2]中取值的指数j，并将值定义为
[0021][0022]注意，对于j＝1，我们得到r
n/2
的定义，对于j＝2，我们得到r
n/2+1
的定义，一直到j＝n/2，其中我们得到r
n
‑1的定义。
[0023]对于前n/2
‑
1个值，即(r1,r2,
…
,r
n/2
‑1)的值，我们再次定义在区间[1,n/2]中取值的指数j，并将该值定义为
[0024][0025]我们现在可以按以下方式定义该角度集合(θ1,θ2,
…
,θ
n
‑1)。我们首先定义最后的n/2个值(θ
n/2
,
…
,θ
n
‑1)。为此，我们定义在区间[1,n/2]中取值的指数j，并将值定义为
[0026]如果x
2j
为正，则以及(4)
[0027]如果如果x
2j
为负，则
[0028]对于前n/2
‑
1个值，即(θ1,θ2,
…
,θ
n/2
‑1)的值，我们再次定义在区间[1,n/2]中取值的指数j，并将值定义为
[0029][0030]定义角度值的类似方式也是可能的，并且属于与我们的方式相同的方式。
[0031]我们现在可以定义两种不同的量子电路，以用于将经典数据点(x1,x2,
…
,x
n
)加载到量子态中。我们将使用一种类型的参数化二量子位门，我们称其为BS(θ)，并具有以下描述：
[0032]BS(θ)＝[[1,0,0,0],[0,cos(θ),sin(θ),0],[0,
‑
sin(θ),cos(θ),0],[0,0,0,1]]ꢀꢀ
(7)
[0033]注意，人们可以使用其他类似的门，这些门是通过交换上述矩阵的行和列，或者通过在矩阵位置(4,4)处引入相位元素e
ip
来代替“1”，或者通过改变两个元素sin(θ)和
‑
sin(θ)，例如i*sin(θ)和i*sin(θ)来得出的。所有这些门实际上是等效的，并且我们的方法可以使用它们中的任一个。这里是备选门的一些具体示例，然而该列表并不详尽：
[0034]BS1(θ)＝[[1,0,0,0],[0,cos(θ),
‑
i*sin(θ),0],[0,
‑
i*sin(θ),cos(θ),0],[0,0,0,1]]ꢀꢀ
(8)
[0035]BS2(θ)＝[[1,0,0,0],[0,cos(θ),sin(θ),0],[0,sin(θ),
‑
cos(θ),0],[0,0,0,1]]ꢀꢀ
(9)
[0036][0037][0038]我们还将在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种量子电路，用于在将表示经典数据的n维矢量编码为针对n个量子位的量子态中使用，所述量子电路包括：n个量子位；第一层，所述第一层包括被应用于所述量子位中的一个量子位的X门；以及多个后续层，所述多个后续层根据二叉树模式将BS门应用于所述量子位，其中每个BS门是单个参数化2量子位门，并且后续层的数目不大于上限(log2(n))。2.根据权利要求1所述的量子电路，其中n是2的幂。3.根据权利要求1所述的量子电路，其中所述二叉树模式的根节点是所述X门被应用于的所述量子位。4.根据权利要求1所述的量子电路，其中所述量子电路中的量子位的总数目不大于n。5.根据权利要求1所述的量子电路，其中所述量子电路中的BS门的总数目不大于n
‑
1。6.根据权利要求1所述的量子电路，其中所述多个后续层的所述数目是n的对数。7.根据权利要求1所述的量子电路，其中每个BS门具有以下形式：BS(θ
j
)＝[[1,0,0,0],[0,cos(θ
j
),sin(θ
j
),0],[0,
‑
sin(θ
j
),cos(θ
j
),0],[0,0,0,1]]。8.根据权利要求7所述的量子电路，其中n是2的幂，所述n维矢量具有形式(x1,x2,
…
,x
n
)，并且针对j从1至n/2
‑
1并且如果x
2j
为正，则并且如果x
2j
为负，则其中参数r的定义为针对j从1至n/2
‑
1并且9.根据权利要求1所述的量子电路，其中所述量子位是超导量子位。10.根据权利要求1所述的量子电路，其中所述BS门被实现为可重新配置的分束器。11.一种量子电路，用于在将表示经典数据的n维矢量编码为量子态中使用，所述量子电路包括：第一组个量子位和第二组个量子位；第一层，所述第一层包括被应用于所述第一组中的量子位的第一X门和被应用于所述第二组中的量子位的第二X门；
第一多个后续层，所述第一多个后续层根据二叉树模式将BS门应用于所述第一组量子位，其中每个BS门是单个参数化2量子位门；以及第二多个后续层，所述第二多个后续层将受控BS门(c
‑
BS门)应用于所述第一组和所述第二组中的量子位，其中每个c
‑
BS门将BS门应用于所述第二组中的量子位，并且由所述第一组中的量子位控制，其中层的数目不大于上限12.根据权利要求11所述的量子电路，其中所述第二多个后续层包括组c
‑
BS门，每组c
‑
BS门根据二叉树模式将BS门应用于所述第二组量子位。13.根据权利要求12所述的量子电路，其中相同组中的c
‑
BS门由所述第一组中的相同量子位控制。14.根据权利要求12所述的量子电路，其中每组c
‑
BS门中的每个二叉树模式的根节点是所述第二组量子位中的、所述X门被应用于的所述量子位。15.根据权利要求11所述的量子电路，其中所述二叉树模式的根节点是所述第一组中量子位中的、所述X门被应用于的所述量子位。16.根据权利要求11所述的量子电路，其中n是4的幂。17.根据权利要求11所述的量子电路，其中所述BS门的数目不大于18.根据权利要求11所述的量子电路，其中所述c
‑
BS门的数目不大于19.根据权利要求11所述的量子电路，其中所述量子位是超导量子位。20.根据权利要求11所述的量子电路，其中所述BS门被实现为可重新配置的分束器。21.一种量子电路，用于在将表示经典数据的第一n维矢量编码为n个量子位的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：QC韦尔公司，
类型：发明
国别省市：