【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于量子计算，特别是一种线性方程组的量子计算模拟方法及相关装置。
技术介绍
1、在很多科学
(例如，流体力学、金融学、生物学、化学等)都涉及到线性系统的求解问题，如何快速精准求解线性系统的研究工作就显示出了很重要的理论和应用价值，因此发展了许多有效的线性系统求解技术和方法。例如，在cfd(computational fluiddynamics，计算流体动力学)领域中，可以基于各种离散化的数学方法构建表示流体状态变化的线性方程组，从而对流体力学的问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，包括：计算流体在稳定状态下不同位置处的温度、密度等状态信息。
2、其中，使用经典计算机模拟线性方程组时，随着系数矩阵的规模增加，经典算法的复杂度将呈指数级增长，从而导致计算非常耗时。而量子计算是一种新型计算方式，其通过量子力学理论构建了一种计算框架，在某些场景中，比起最优的经典算法，量子计算具有指数加速的效果。因此可以利用量子计算机的计算优势对不同的系统进行模拟仿真，构建该系统的线性方程组，通过量子计算的方式获取该线性方程组在预设条件下的目标解，可以得到该系统在稳定状态下的信息。
3、现有技术中，利用量子线路模拟线性方程组时，迭代过程中需要优化线路参数以使损失函数沿梯度方向逐渐减小；因此需要构建多个量子线路以分别获取损失函数的梯度。具体为，需要先将每一迭代步中的损失函数在泡利基上进行分解，再对各分解项在标准基上分别进行测量，以确定损失函数的梯度。该方案需要构建非常多的量子线路，占用了过多的量子计算资源，并且需要
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种线性方程组的量子计算模拟方法及相关装置，旨在降低模拟线性方程组所需构建的量子线路数量，降低计算所需时间，进而提高计算效率。
2、本专利技术的一个实施例提供了一种线性方程组的量子计算模拟方法，所述方法包括：
3、构建用于制备线性方程组的近似解的量子态的变分量子线路，和，用于获取该近似解对应的损失函数值的量子态测量线路；其中，所述变分量子线路中的变分参数通过利用差分方法确定的梯度更新序列进行迭代更新；
4、根据所述变分量子线路和所述量子态测量线路，生成模拟计算所述线性方程组的量子脉冲信号；
5、对量子芯片上的量子比特作用所述量子脉冲信号，获取损失函数值满足预设精度时的变分量子线路制备得到的量子态，将该量子态对应的近似解作为所述线性方程组的目标解。
6、可选的，所述梯度更新序列包括变分参数的更新步长和基于损失函数计算得到的差分梯度序列；其中，所述差分梯度序列用于指示每一变分参数的更新方向。
7、可选的，在每一迭代步中，所述差分梯度序列基于前一迭代步的损失函数值、预设差分步长和多个目标损失函数值确定；其中，每一所述目标损失函数值通过将对应的一个变分参数单独调整预设差分步长后，利用所述量子态测量线路测量得到。
8、可选的，在每一迭代步中，所述差分梯度序列基于以下步骤计算得到：
9、针对所述变分量子线路的每一变分参数θi，基于预设差分步长∈将该变分参数调整为θi+∈，并利用所述量子态测量线路测量得到该变分参数调整后的一个目标损失函数值；
10、分别计算每一目标差值与所述预设差分步长∈之商，作为所述差分梯度序列中对应的一个元素；其中，所述目标差值为一个目标损失函数值与前一迭代步的损失函数值之差。
11、可选的，每一迭代步的变分参数和更新步长基于以下步骤确定：
12、根据前一迭代步的变分参数、前一迭代步的更新步长、当前迭代步对应的差分梯度序列，和当前迭代步最新的步长更新参数，确定当前迭代步的试验变分参数；
13、基于所述试验变分参数对应的损失函数值和前一迭代步的损失函数值的大小关系，确定当前迭代步的变分参数和更新步长。
14、可选的，所述步长更新参数包括第一步长更新子参数和第二步长更新子参数；所述根据前一迭代步的变分参数、前一迭代步的更新步长、当前迭代步对应的差分梯度序列，和当前迭代步最新的步长更新参数，确定当前迭代步的试验变分参数，包括：
15、将前一迭代步的更新步长、所述第一步长更新子参数和所述第二步长更新子参数三者的乘积，作为当前迭代步的试验更新步长；
16、基于前一迭代步的变分参数与目标乘积的差值，确定当前迭代步的试验变分参数；其中，所述目标乘积为所述试验更新步长和所述差分梯度序列的乘积。
17、可选的，所述基于所述试验变分参数对应的损失函数值和前一迭代步的损失函数值的大小关系，确定当前迭代步的变分参数和更新步长，包括：
18、若所述试验变分参数对应的损失函数值小于前一迭代步的损失函数值，将所述试验变分参数作为当前迭代步的变分参数，将所述试验更新步长作为当前迭代步的更新步长，并将所述第二步长更新子参数更新为第一预设值。
19、可选的，所述方法还包括：
20、若所述试验变分参数对应的损失函数值不小于前一迭代步的损失函数值，将所述第二步长更新子参数更新为当前第二步长更新子参数和第二预设值的乘积；
21、返回执行所述将前一迭代步的更新步长、所述第一步长更新子参数和所述第二步长更新子参数三者的乘积，作为当前迭代步的试验更新步长的步骤，直至试验变分参数对应的损失函数值小于前一迭代步的损失函数值。
22、可选的，所述量子态测量线路为hadamard test线路，包括依次作用于辅助量子比特的第一h门、作用于目标量子比特的受控u门，和作用于所述辅助量子比特的第二h门；
23、其中，所述目标量子比特用于存储所述变分量子线路制备得到的量子态；所述受控u门的控制比特为所述辅助量子比特，该u门的矩阵形式包括所述变分量子线路当前制备的近似解对应的损失函数在泡利基上分解得到的各项。
24、本专利技术的又一实施例提供了一种线性方程组的量子计算模拟系统，所述系统包括经典处理单元、量子测控单元和量子芯片，其中：
25、所述经典处理单元用于构建制备线性方程组的近似解的量子态的变分量子线路，和，获取该近似解对应的损失函数值的量子态测量线路，并通过利用差分方法确定的梯度更新序列迭代更新所述变分量子线路中的变分参数，将构建的所述变分量子线路和所述量子态测量线路发送至所述量子测控单元；
26、所述量子测控单元用于根据所述变分量子线路和所述量子态测量线路，生成模拟计算所述线性方程组的量子脉冲信号，并对所述量子芯片上的量子比特作用所述量子脉冲信号；
27、所述量子芯片用于基于所述量子脉冲信号执行所述量子比特的量子态演化；
28、所述量子测控单元还用于获取损失函数值满足预设精度时的变分量子线路制备得到的量子态，将该量子态对应的近似解作为所述线性方程组的目标解。
29、本专利技术的又一实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种线性方程组的量子计算模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梯度更新序列包括变分参数的更新步长和基于损失函数计算得到的差分梯度序列；其中，所述差分梯度序列用于指示每一变分参数的更新方向。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在每一迭代步中，所述差分梯度序列基于前一迭代步的损失函数值、预设差分步长和多个目标损失函数值确定；其中，每一所述目标损失函数值通过将对应的一个变分参数单独调整预设差分步长后，利用所述量子态测量线路测量得到。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在每一迭代步中，所述差分梯度序列基于以下步骤计算得到：
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每一迭代步的变分参数和更新步长基于以下步骤确定：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步长更新参数包括数值固定的第一步长更新子参数和数值可变的第二步长更新子参数；所述根据前一迭代步的变分参数、前一迭代步的更新步长、当前迭代步对应的差分梯度序列，和当前迭代步最新的步长更新参数，确定当前迭代步的试验变分参数
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述试验变分参数对应的损失函数值和前一迭代步的损失函数值的大小关系，确定当前迭代步的变分参数和更新步长，包括：
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
9.如权利要求1-8任一项中所述的方法，其特征在于，所述量子态测量线路为HadamardTest线路，包括依次作用于辅助量子比特的第一H门、作用于目标量子比特的受控U门，和作用于所述辅助量子比特的第二H门；
10.一种线性方程组的量子计算模拟系统，其特征在于，所述系统包括经典处理单元、量子测控单元和量子芯片，其中：
11.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1-9任一项中所述的方法。
12.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1-9任一项中所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种线性方程组的量子计算模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述梯度更新序列包括变分参数的更新步长和基于损失函数计算得到的差分梯度序列；其中，所述差分梯度序列用于指示每一变分参数的更新方向。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在每一迭代步中，所述差分梯度序列基于前一迭代步的损失函数值、预设差分步长和多个目标损失函数值确定；其中，每一所述目标损失函数值通过将对应的一个变分参数单独调整预设差分步长后，利用所述量子态测量线路测量得到。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在每一迭代步中，所述差分梯度序列基于以下步骤计算得到：
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每一迭代步的变分参数和更新步长基于以下步骤确定：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步长更新参数包括数值固定的第一步长更新子参数和数值可变的第二步长更新子参数；所述根据前一迭代步的变分参数、前一迭代步的更新步长、当前迭代步对应的差分梯度序列，和当前迭代步最新的步长更...
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，窦猛汉，
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：
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