【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子计算和量子信息，具体为一种基于量子电路的量子态分析方法系统。
技术介绍
1、近期量子计算领域发展迅速，从量子算法、量子硬件设备到量子软硬一体化平台，都正朝着规模化和实用化稳步前进。当下，寻找证明量子加速的潜在应用是量子计算的核心目标。由于机器学习的广泛适用性，人们对建立量子优势的关注越来越多。在这方面，提取量子态的特征值和特征向量是展示量子优势的重要应用。一方面，量子态代表了一个物理过程的特征，求解出其主要特征值和特征向量可以用于研究量子系统，这对于科学研究和工业发展具有重要意义。在量子化学中，通过量子主成分分析，可以估计量子系统不同能级的能量，进而用于获得化学反应(比如i2分子的解离)的详细信息。在凝聚态物理和量子信息中，多粒子纠缠态是非常重要的一类量子态，提取这类态的信息已经成为实验物理中的重要任务。比如，确认三光子和八离子纠缠态的制备、测试受控非门、表征光学设备。另一方面，提取量子态的信息的方法也被广泛应用于设计或者提升现有量子应用方案，比如量子推荐系统和量子态分辨等等。
2、如果系统是由n个量子比特组成，那么量子态ρ的数学形式是共轭对称的复矩阵，特征值全大于等于零，且特征值的和等于1。那么量子主成分分析的任务可描述为：假设可以不短地获取量子态ρ，任务是输出该量子态的特征值以及特征向量。现在的量子技术方案主要是针对容错量子计算机和近期的有噪中规量子计算机设计的。适用于容错量子计算机的技术使用了复杂的量子工具提取量子态的特征，比如量子相位估计算法；而适用于有噪中规量子计算机的技术的核心是训练参数
3、然而目前方案还存在许多不足：实现适用于容错量子计算机的技术对量子设备还有很高的要求，比如量子相位估计需要增加大量的辅助量子比特来估计特征值，导致电路的宽度增加，以及需要使用大量的、复杂的控制门，这些因素都不利于现有方案的实现。另一方面，适用于有噪中规量子计算机的技术存在运行时间长以及不可训练性等问题。这是因为当量子态规模很大时，梯度会以指数速度减小至零，导致无法训练且消耗巨大。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、一般来说，提取量子态的信息是非常困难的。首先，经典计算方案需要先对量子态进行层析，这会导致指数级的计算资源，使得实际操作难以实现。而现有的量子方案也因为对电路的高要求而无法有效用于大规模的量子态分析。因此，本专利技术提供了一种基于量子电路的量子态分析方法系统，目的是提出更加高效、实用的量子方案，并且解决现有方案的缺点。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
5、第一方面，提供了一种基于量子电路的量子态分析方法，包括：
6、接收目标量子态和参数，并设置相关参数；
7、将目标量子态输入到预设的量子电路中，获取目标量子态信息；
8、设置初始区间，通过目标量子态信息进行二分搜索来更新区间和量子电路中的u门；
9、根据二分搜索的结果提取特征值和特征向量。
10、优选的，所述参数包括和∈∈(0,1)，其中，δ为输出的失败概率，∈为误差参数。
11、优选的，所述相关参数包括其中q表示执行程序的次数，t表示程序循环执行的次数。
12、优选的，所述将目标量子态输入到预设的量子电路中，获取目标量子态信息，具体包括：
13、将特征值λ的特征向量|λ>通过电路，将会得到如下形式的量子态：
14、
15、其中，函数f(λ)是符号函数的近似，振幅将取值为零或一，辅助比特将为0态或者1态，通过辅助比特的状态得知特征值所在的区间。
16、优选的，所述量子电路中每个实现u门所使用的量子态均是独立的。
17、优选的，所述设置初始区间，通过目标量子态信息进行二分搜索来更新区间和量子电路中的u门，具体包括以下步骤：
18、s1、设置初始区间[x0,y0]＝[0,1]，对j＝0,1,…,t-1；
19、s2、执行以下子程序q次：
20、s21、设置新的u门：uj＝e-iθuj，其中
21、s22、运行量子电路并测量辅助比特；
22、s23、根据测量结果设置新的区间[xj,yj]：
23、
24、s24、将测量后的量子态重新输入量子电路；
25、s3、记为步骤s2输出的区间[xj,yj]的中间值；
26、s4、更新uj+1门：并设置参数和
27、s5、更新区间[xj+1,yj+1]，其中和
28、s6、返回步骤s2并继续执行；
29、s7、当区间长度小于2倍误差的时候停止循环，输出结果。
30、优选的，所述输出结果包括：输出和最终量子态，所述λ为量子态的特征相位估计值，所述最终量子态为λ对应的特征量子态。
31、第二方面，提供了一种基于量子电路的量子态分析系统，包括以下模块：
32、接收模块，用于接收目标量子态和参数，并设置相关参数；
33、获取模块，用于将目标量子态输入到预设的量子电路中，获取目标量子态信息；
34、处理模块，用于设置初始区间，通过目标量子态信息进行二分搜索来更新区间和量子电路中的u门；
35、输出模块，用于根据二分搜索的结果提取特征值和特征向量。
36、第三方面，提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行所述的方法中的任一方法。
37、第四方面，提供了一种计算设备，包括：
38、一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行所述的方法中的任一方法的指令。
39、(三)有益效果
40、本专利技术一种基于量子电路的量子态分析方法及系统，只使用了单个辅助量子比特，降低了所需量子资源，并且增强了中等规模量子计算设备求解量子特征的可行性。
41、本专利技术一种基于量子电路的量子态分析方法及系统，具有实用性：可以在量子计算机上实现，具有丰富的落地场景，不需要量子傅里叶变换技术。
42、本专利技术一种基于量子电路的量子态分析方法及系统，具有高效性：可以低消耗地构造量子电路。
43、本专利技术一种基于量子电路的量子态分析方法及系统，具有确定性：以极高的概率得到满足精度要求的量子主成分。
44、本专利技术一种基于量子电路的量子态分析方法及系统，具有扩展性：可用于分析大规模的量子态。
45、本专利技术一种基于量子电路的量子态分析方法及系统，具有创新性：提供了新颖且高效的量子电路实现量子主成分分析。
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1.一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述参数包括和∈∈(0,1)，其中，Δ为输出的失败概率，∈为误差参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述相关参数包括其中Q表示执行程序的次数，T表示程序循环执行的次数。
4.根据权利要求3所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述将目标量子态输入到预设的量子电路中，获取目标量子态信息，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述量子电路中每个实现U门所使用的量子态均是独立的。
6.根据权利要求5所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述设置初始区间，通过目标量子态信息进行二分搜索来更新区间和量子电路中的U门，具体包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述输出结果包括：输出和最终量子态，所述λ为量子态的特征相位估计值，所述最终量
8.一种基于量子电路的量子态分析系统，其特征在于，包括以下模块：
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1-7所述的方法中的任一方法。
10.一种计算设备，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述参数包括和∈∈(0,1)，其中，δ为输出的失败概率，∈为误差参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述相关参数包括其中q表示执行程序的次数，t表示程序循环执行的次数。
4.根据权利要求3所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述将目标量子态输入到预设的量子电路中，获取目标量子态信息，具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于量子电路的量子态分析方法，其特征在于：所述量子电路中每个实现u门所使用的量子态均是独立的。
6.根...
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