衡量量子线路对应矩阵相似度的方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本申请提供一种衡量量子线路对应矩阵相似度的方法、装置及存储介质，解决了相关技术中矩阵相似度的度量方法不适用于衡量哈密顿量模拟效果的判断的技术问题，可以有效地衡量哈密顿量模拟的有效性。该衡量量子线路对应矩阵相似度的方法包括：获取模拟哈密顿量H的量子线路的模拟数据；其中，所述模拟数据包括量子线路对应的线路矩阵U以计算结果矩阵A；线路矩阵U和计算结果矩阵A均为方阵；根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度、线路矩阵U以及计算结果矩阵A，获取计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度；根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度以及计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度，计算线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
衡量量子线路对应矩阵相似度的方法、装置及存储介质


[0001]本申请涉及量子计算
，尤其涉及一种衡量量子线路对应矩阵相似度的方法、装置及存储介质。

技术介绍

[0002]量子计算机是一类遵循量子力学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装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机因此具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力。
[0003]目前，量子计算的算法通常用量子线路表示，量子线路包括量子逻辑门操作。对于任意的t>0,ε>0，包含量子逻辑门的量子线路U，满足||U
‑
e
‑
iHt
||<ε，ε为很小的正数，则作用在n个比特上的哈密顿量H可以被有效模拟。因为对于上述的ε无法穷尽，故定义了一种方法衡量矩阵的相似度，从而判断模拟的效果。
[0004]相关技术中，由于矩阵相似度的度量方法在计算时，要求矩阵是密度矩阵，因此，不适合应用于衡量哈密顿量模拟效果的判断。进而，如何定义一种可以有效地衡量模拟的有效性的矩阵相似度的方法一直是本领域研究的热点，并且亟需解决。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种衡量量子线路对应矩阵相似度的方法、装置及存储介质，以解决相关技术中矩阵相似度的度量方法不适用于衡量哈密顿量模拟效果的判断的技术问题，它能够有效地衡量哈密顿量的模拟效果。
[0006]为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：/>[0007]第一方面，提供一种衡量量子线路对应矩阵相似度的方法，所述方法包括：
[0008]获取模拟哈密顿量H的量子线路的模拟数据；其中，所述模拟数据包括量子线路对应的线路矩阵U以及哈密顿量H在指数上的计算结果矩阵A；线路矩阵U和计算结果矩阵A均为方阵；
[0009]根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度、线路矩阵U以及计算结果矩阵A，获取计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度；
[0010]根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度以及计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度，计算线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度。
[0011]可选地，所述方法还包括：
[0012]根据线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度，确认哈密顿量H被量子线路有效模拟。
[0013]可选地，所述根据线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度，确认哈密顿量H被量子线路有效模拟，包括：
[0014]判断所述线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度F
ave_fid
(A,U)是否满足以下不等式：
[0015]|F
ave_fid
(A,U)
‑
1|<α
[0016]其中，α为阈值；A＝e
‑
iHt
；
[0017]若是，确认哈密顿量H被量子线路有效模拟；否则，哈密顿量H不能被量子线路有效模拟。
[0018]可选地，所述根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度、线路矩阵U以及计算结果矩阵A，获取计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度，包括：
[0019]计算A1；其中，dim(A)为计算结果矩阵A的维度；
[0020]计算线路矩阵U的共轭矩阵U1；
[0021]获取A1和共轭矩阵U1点乘后的范数值，所述范数值为计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度。
[0022]可选地，所述获取A1和共轭矩阵U1点乘后的范数值，包括：
[0023]所述范数值通过以下算式获取：
[0024]res＝A1
·
U1
[0025]res_vec＝(res1,res2,
…
,res
i
,
…
res
n
)
[0026][0027]其中，res为A1和共轭矩阵U1的点乘结果，res_vec为res按行展开后的向量，n为计算结果矩阵A的维度的平方，‖res‖2为A1和共轭矩阵U1点乘后的范数值。
[0028]可选地，所述根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度以及计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度，计算线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度，包括：
[0029]线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度通过以下算式获得：
[0030][0031]F
state_fid
(A,U)＝‖res‖2[0032]其中，F
ave_fid
(A,)为所述线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度，F
state_fid
(A,U)为计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度。
[0033]可选地，所述方法还包括：
[0034]在获取计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度之前，确认线路矩阵U的维度和计算结果矩阵A的维度一致。
[0035]第二方面，提供一种衡量量子线路对应矩阵相似度的装置，所述装置包括：
[0036]第一获取模块，用于获取模拟哈密顿量H的量子线路的模拟数据；其中，所述模拟数据包括量子线路对应的线路矩阵U以及哈密顿量H在指数上的计算结果矩阵A；线路矩阵U和计算结果矩阵A均为方阵；
[0037]第二获取模块，用于根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度、线路矩阵U以及计算结果矩阵A，获取计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度；
[0038]计算模块，用于根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度以及计算结果矩阵A到线
路矩阵U的过程保真度，计算所述线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度。
[0039]可选地，所述装置还包括：
[0040]第一确认模块，用于根据线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度，确认哈密顿量H被量子线路有效模拟。
[0041]可选地，所述第一确认模块，还用于：
[0042]判断所述线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度F
ave_fid
(A,U)是否满足以下不等式：
[0043]|F
ave_fid
(A,U)
‑
1|<α
[0044]其中，α为阈值；A＝e
‑
iHt
；
[0045]若是，确认哈密顿量H被量子线路有效模拟；否则，哈密顿量H不能被量子线路有效模拟。
[0046]可选地，所述第二获取模块，包括：
[0047]第一计算单元，用于计算A1；其中，dim(A)为计算结果矩阵A的维度；
[0048]第二计算单元，用于计算线路矩阵U的共轭矩阵U1；
[0049]获取单元，用于获取A1和共轭矩阵U1点乘后的范数值，所述范数值为计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度。
[0050]可选地，所述获取单元，还用于通过以下算式获取所述范数值：
[0051]res＝A1
·
U1
[0052本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种衡量量子线路对应矩阵相似度的方法，其特征在于，所述方法包括：获取模拟哈密顿量H的量子线路的模拟数据；其中，所述模拟数据包括量子线路对应的线路矩阵U以及哈密顿量H在指数上的计算结果矩阵A；线路矩阵U和计算结果矩阵A均为方阵；根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度、线路矩阵U以及计算结果矩阵A，获取计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度；根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度以及计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度，计算线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度，确认哈密顿量H被量子线路有效模拟。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度，确认哈密顿量H被量子线路有效模拟，包括：判断线路矩阵U和计算结果矩阵A的相似度F
ave_fid
(A，U)是否满足以下不等式：|F
ave_fid
(A，U)
‑
1|＜α其中，α为阈值；A＝e
‑
iHt
；若是，确认哈密顿量H被量子线路有效模拟；否则，哈密顿量H不能被量子线路有效模拟。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据线路矩阵U或计算结果矩阵A的维度、线路矩阵U以及计算结果矩阵A，获取计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度，包括：计算A1；其中，dim(A)为计算结果矩阵A的维度；计算线路矩阵U的共轭矩阵U1；获取A1和共轭矩阵U1点乘后的范数值作为为计算结果矩阵A到线路矩阵U的过程保真度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取A1和共轭矩阵U1点乘后的范数值，包括：所述范数值通过以下算式获取：res＝A1
·
U1res_vec＝(res1，res2，
…
，res
i
，
…<...

【专利技术属性】
技术研发人员：方圆，陈博颖，王晶，
申请(专利权)人：本源量子计算科技合肥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：