【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及量子计算和量子信息处理，具体为一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法。
技术介绍
1、量子计算是一种基于量子力学的信息处理新范式。它允许通过单个操作更新指数级的大量信息，并为特定应用程序提供加速。现在著名的量子算法集中在整数分解、数据库搜索、物理和化学系统的模拟等问题。当下，寻找具有量子加速的应用是量子计算的核心目标。许多有实际意义的问题都是用具有二元变量的二次损失函数模型的优化来刻画的，这类问题通常被称为二次无约束二元优化(qubo)问题。qubo的应用涵盖了各种各样的任务，比如资源分配、集群、集合划分、设施位置、各种形式的分配问题、排序和排序问题。在物理学中，qubo对应于描述具有两体相互作用的自旋的伊辛(ising)模型。此外，一些np困难的问题也可以表示为qubo，并且是计算复杂性理论的核心。当绝热量子优化在世纪之交被提出，qubo问题的应用成为量子计算的核心。随着通用量子计算机的快速发展，量子模退火设备(quantum annealers)在十几年后成为第一个大规模量子设备，并且量子近似优化算法(qaoa)被提出通过将近似解编码为变分优化的量子态来解决二进制优化问题。
2、现有的解决qubo的量子方法主要是qaoa，虽然在小规模的例子上展示了qaoa的效果，但是因为梯度消失问题使得它无法有效解决大规模的qubo模型。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于量子电路的二次无约束
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二次无约束二元优化问题求解方法，包括：
6、接收qubo的损失函数并构造相应的伊辛模型h，输入参数，所述参数包括和∈∈(0,1)，并设置相关参数，其中，δ为输出的失败概率，∈为误差参数；
7、将伊辛模型h输入到预设的量子电路中，获取伊辛模型h的特征信息；
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伊辛模型h的特征相位估计值和相应的特征量子态；
10、从多个特征相位估计值中选取最小特征值对应的特征向量作为qubo的解。
11、优选的，qubo的损失函数公式如下:
12、
13、其中代表了n个自选配分的值，自旋取值si∈{0,1}，并且系数qij是实数。
14、优选的，构造相应的伊辛模型h，通过将qubo的损失函数转化为伊辛模型实现，公式如下：
15、
16、其中ji≠j＝qij，jii＝0，hi＝∑jqij，是泡利算子,zi表示只有第i个量子比特被作用了泡利算子。
17、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。
18、优选的，所述将伊辛模型h输入到预设的量子电路中，获取伊辛模型h的特征信息，具体包括：
19、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：
20、
21、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。
22、优选的，构造量子电路实现受控的哈密顿量演化算子u＝eih，由于伊辛模型h的构造，h的演化算子可分解为
23、
24、受控和可以用单比特和两比特量子门构造，受控演化算子eih可以用单比特和两比特量子门精确构造。
25、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：
26、s1、设置初始区间[x0,y0]＝[-1,1]，对j＝0,1,…,t-1；
27、s2、执行以下子程序q次：
28、s21、制备初始量子态；
29、s22、设置新的u门：uj＝e-iθuj，其中
30、s23、运行量子电路并测量辅助比特；
31、s3、根据测量结果设置新的区间[xj,yj]：
32、
33、s24、将测量后的量子态重新输入量子电路；
34、s4、记为步骤s2输出的区间[xj,yj]的中间值；
35、s5、设置新的uj+1门：并设置参数m∈
36、s5、设置新区间[xj+1,yj+1]，其中和
37、s6、返回步骤s2并重复步骤s2-26执行；
38、s7、当区间长度小于2倍误差的时候停止循环，输出结果。
39、优选的，所述输出结果包括：输出和最终量子态，所述λ为伊辛模型的特征相位估计值，所述最终量子态为相应的特征量子态。
40、第二方面，提供了一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解系统，包括：
41、接收模块，被配置为接收qubo的损失函数并构造相应的伊辛模型h，输入参数，所述参数包括和∈∈(0,1)，并设置相关参数，其中，δ为输出的失败概率，∈为误差参数；
42、获取模块，被配置为将伊辛模型h输入到预设的量子电路中，获取伊辛模型h的特征信息；
43、更新模块，设置初始区间，被配置为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；
44、提取模块，被配置为根据二分搜索的结果提取伊辛模型h的特征相位估计值和相应的特征量子态；
45、选取模块，被配置为从多个特征相位估计值中选取最小特征值对应的特征向量作为qubo的解。
46、第三方面，提供了一种计算设备，包括：
47、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。
48、(三)有益效果
49、(1)本专利技术一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，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。
50、(2)本专利技术一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，可以低消耗地构造量子电路。
51、(3)本专利技术一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，以极高的概率得到满足精度要求的qubo的解。
52、(4)本专利技术一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，可用于分析大规模的qubo问题。
53、(5)本专利技术一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，提供了新颖且高本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，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二次无约束二元优化问题求解方法，其特征在于：QUBO的损失函数公式如下:
3.根据权利要求2所述的一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，其特征在于：构造相应的伊辛模型H，通过将QUBO的损失函数转化为伊辛模型实现，公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，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。
5.根据权利要求1所述的一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，其特征在于：所述将伊辛模型H输入到预设的量子电路中，获取伊辛模型H的特征信息，具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，其特征在于：构造量子电路实现受控的哈密顿量演化算子U＝eiH，由于伊辛模型H的构造，H的演化算子可分解为
7.根据权利要求6所述的一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解
8.根据权利要求6所述的一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，其特征在于：所述输出结果包括：输出和最终量子态，所述λ为伊辛模型的特征相位估计值，所述最终量子态为相应的特征量子态。
9.一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解系统，其特征在于，包括：
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二次无约束二元优化问题求解方法，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二次无约束二元优化问题求解方法，其特征在于：qubo的损失函数公式如下:
3.根据权利要求2所述的一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，其特征在于：构造相应的伊辛模型h，通过将qubo的损失函数转化为伊辛模型实现，公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，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。
5.根据权利要求1所述的一种基于量子电路的二次无约束二元优化问题求解方法，其特征在于：所述将伊辛模型h输入到预设的量子电路中，获取伊辛模型h的特征信息，具体包括：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。