量子测量设备性能估计方法及装置、电子设备和介质制造方法及图纸

本公开提供了一种量子测量设备性能估计方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机技术领域。实现方案为：确定用于表征所述量子测量设备的性能指标的保真度公式；基于保真度公式，获得多个随机变量以及所述多个随机变量对应的第一概率分布；基于第一概率分布对多个随机变量进行多次采样，以基于采样得到的随机变量所对应的相应泡利基对量子测量设备对应的特征向量进行测量，获得测量结果；以及基于该测量结果确定量子测量设备的性能。及基于该测量结果确定量子测量设备的性能。及基于该测量结果确定量子测量设备的性能。

【技术实现步骤摘要】
量子测量设备性能估计方法及装置、电子设备和介质


[0001]本公开涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机
，具体涉及一种量子测量设备性能估计方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

技术介绍

[0002]量子计算机技术在近几年得到了飞速发展，但是在可预见的未来量子计算机中的噪声问题是难以避免的：量子比特中的热量耗散或是更底层的量子物理过程中产生的随机波动，将使得量子比特的状态翻转或随机化，以及量子测量设备读取计算结果出现偏差，都可能导致计算过程失败。
[0003]量子测量设备是量子科技中最重要的量子设备之一，它是连接量子世界和经典世界的桥梁，是量子计算和量子信息处理的核心资源和基本组成部分。因此，快速高效地刻画量子测量设备的性能十分重要。

技术实现思路

[0004]本公开提供了一种量子测量设备性能估计方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
[0005]根据本公开的一方面，提供了一种量子测量设备性能估计方法，包括：确定用于表征所述量子测量设备的性能指标的保真度公式，其中，所述保真度公式基于一组量子纯态集合以及所述量子测量设备实现的一组测量算符集合确定；基于所述保真度公式，获得多个随机变量以及所述多个随机变量对应的第一概率分布，其中，所述多个随机变量中的每一个基于所述一组量子纯态集合中的相应量子纯态、所述相应量子纯态对应的测量算符、以及所述相应量子纯态对应的相应泡利基确定，所述第一概率分布基于所述相应泡利基以及所述相应量子纯态确定；基于所述第一概率分布对所述多个随机变量进行多次采样，以基于采样得到的随机变量所对应的所述相应泡利基对所述量子测量设备对应的特征向量进行测量，获得测量结果；以及基于所述测量结果确定所述量子测量设备的性能。
[0006]根据本公开的另一方面，提供了一种量子测量设备性能估计装置，包括：第一确定单元，配置为确定用于表征所述量子测量设备的性能指标的保真度公式，其中，所述保真度公式基于一组量子纯态集合以及所述量子测量设备实现的一组测量算符集合确定；展开单元，配置为基于所述保真度公式，获得多个随机变量以及所述多个随机变量对应的第一概率分布，其中，所述多个随机变量中的每一个基于所述一组量子纯态集合中的相应量子纯态、所述相应量子纯态对应的测量算符、以及所述相应量子纯态对应的相应泡利基确定，所述第一概率分布基于所述相应泡利基以及所述相应量子纯态确定；采样单元，配置为基于所述第一概率分布对所述多个随机变量进行多次采样，以基于采样得到的随机变量所对应的所述相应泡利基对所述量子测量设备对应的特征向量进行测量，获得测量结果；以及第二确定单元，配置为基于所述测量结果确定所述量子测量设备的性能。
[0007]根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至
少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行本公开所述的方法。
[0008]根据本公开的另一方面，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，该计算机指令用于使计算机执行本公开所述的方法。
[0009]根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现本公开所述的方法。
[0010]根据本公开的一个或多个实施例，只需要制备泡利基对应的特征向量，避免了纠缠态的制备，使得制备误差大大降低；并且，采用蒙特卡洛采样的思想，对该多个随机变量基于第一概率分布进行随机采样，使得对量子测量设备保真度影响大的泡利基将更有可能被采样到，从而可以用较少的采样次数得到保真度的估计值，故降低了复杂度。
[0011]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
[0012]附图示例性地示出了实施例并且构成说明书的一部分，与说明书的文字描述一起用于讲解实施例的示例性实施方式。所示出的实施例仅出于例示的目的，并不限制权利要求的范围。在所有附图中，相同的附图标记指代类似但不一定相同的要素。
[0013]图1示出了根据本公开的实施例的可以在其中实施本文描述的各种方法的示例性系统的示意图；
[0014]图2示出了根据本公开的实施例的量子测量设备性能估计方法的流程图；
[0015]图3示出了根据本公开的实施例的量子测量设备性能估计装置的结构框图；以及
[0016]图4示出了能够用于实现本公开的实施例的示例性电子设备的结构框图。
具体实施方式
[0017]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。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。
[0018]在本公开中，除非另有说明，否则使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素不意图限定这些要素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。在一些示例中，第一要素和第二要素可以指向该要素的同一实例，而在某些情况下，基于上下文的描述，它们也可以指代不同实例。
[0019]在本公开中对各种所述示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的，而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明，如果不特意限定要素的数量，则该要素可以是一个也可以是多个。此外，本公开中所使用的术语“和/或”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。
[0020]下面将结合附图详细描述本公开的实施例。
[0021]迄今为止，正在应用中的各种不同类型的计算机都是以经典物理学为信息处理的理论基础，称为传统计算机或经典计算机。经典信息系统采用物理上最容易实现的二进制
数据位存储数据或程序，每一个二进制数据位由0或1表示，称为一个位或比特，作为最小的信息单元。经典计算机本身存在着不可避免的弱点：一是计算过程能耗的最基本限制。逻辑元件或存储单元所需的最低能量应在kT的几倍以上，以避免在热胀落下的误动作；二是信息熵与发热能耗；三是计算机芯片的布线密度很大时，根据海森堡不确定性关系，电子位置的不确定量很小时，动量的不确定量就会很大。电子不再被束缚，会有量子干涉效应，这种效应甚至会破坏芯片的性能。
[0022]量子计算机(quantum computer)是一类遵循量子力学性质、规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理设备。当某个设备处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，他就是量子计算机。量子计算机遵循着独一无二的量子动力学规律(特别是量子干涉)来实现一种信息处理的新模式。对计算问题并行处理，量子计算机比起经典计算机有着速度上的绝对优势。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子测量设备性能估计方法，包括：确定用于表征所述量子测量设备的性能指标的保真度公式，其中，所述保真度公式基于一组量子纯态集合以及所述量子测量设备实现的一组测量算符集合确定；基于所述保真度公式，获得多个随机变量以及所述多个随机变量对应的第一概率分布，其中，所述多个随机变量中的每一个基于所述一组量子纯态集合中的相应量子纯态、所述相应量子纯态对应的测量算符、以及所述相应量子纯态对应的相应泡利基确定，所述第一概率分布基于所述相应泡利基以及所述相应量子纯态确定；基于所述第一概率分布对所述多个随机变量进行多次采样，以基于采样得到的随机变量所对应的所述相应泡利基对所述量子测量设备对应的特征向量进行测量，获得测量结果；以及基于所述测量结果确定所述量子测量设备的性能。2.如权利要求1所述的方法，其中，基于所述第一概率分布对所述多个随机变量进行多次采样，以基于采样得到的随机变量所对应的泡利基对所述量子测量设备对应的特征向量进行测量包括：根据所述第一概率分布对所述多个随机变量进行m次采样，以获得采样得到的m个随机变量所对应的m个泡利基，其中m为正整数；对于所述m个泡利基中的每一个：确定该泡利基对应的测量次数n
i
，以执行第一操作n
i
次，其中n
i
为正整数，其中，所述第一操作包括以下步骤：确定该泡利基对应的任意一个特征向量；以及通过所述量子测量设备对所述特征向量进行测量，以获得测量结果。3.如权利要求2所述的方法，其中，基于所述测量结果确定所述量子测量设备的性能包括：基于以下公式确定所述量子测量设备的测量保真度以作为所述量子测量设备的性能，其中，其中，表示在所述m次采样中的第i轮采样所得到的随机变量的估计值，并且基于以下公式确定：其中，n为所述量子测量设备的量子比特数，为在所述m次采样中的第i轮采样所得到的泡利基，其中所述第i轮采样所得到的泡利基为第k个量子纯态对应的第l个泡利基，为所述第i轮采样所得到的泡利基对应的第k个量子纯态，Tr[]表示取矩阵的迹，B
ij
表示n
i
次第一操作中的第j次第一操作所获得的所述测量结果，其中k为1,2,
…
,2
n
中的任意一个，l为1,2,
…
,4
n
中的任意一个。4.如权利要求2所述的方法，其中，基于以下公式确定需采样得到的泡利基数量m：
其中，ε为预设的所估计的所述量子测量设备的性能的误差容忍度，δ为预设的所估计的所述量子测量设备的性能出现错误的置信度。5.如权利要求2所述的方法，其中，基于以下公式确定所述第一操作地执行次数n
i
：其中，n为所述理想量子态和所述实际量子态的量子比特数，为在所述m次采样中的第i轮采样所得到的泡利基，其中所述第i轮采样所得到的泡利基为第k个量子纯态对应的第l个泡利基，为所述第i轮采样所得到的泡利基对应的第k个量子纯态，Tr[]表示取矩阵的迹，其中k为1,2,
…
,2
n
中的任意一个，l为1,2,
…
,4
n
中的任意一个，ε为预设的所估计的所述量子测量设备的性能的误差容忍度，δ为预设的所估计的所述量子测量设备的性能出现错误的置信度。6.一种量子测量设备性能估计装置，包括：第一确定单元，配置为确定用于表征所述量子测量设备的性能指标的保真度公式，其中，所述保真度公式基于一组量子纯态集合以及所述量子测量设备实现的一组测量算符集合确定；展开单元，配置为基于所述保真度公式，获得多个随机变量以及所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琨，沈赞秋，
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：