[發(fā)明專利]用于量子計(jì)算機(jī)器的硬件高效的變分量子本征值求解器

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201780095052.3
• 申請日: 2017-12-04
• 公開（公告）號: CN111095307A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A·肯達(dá)拉;M·安東尼奧;P·K·特梅;瀧田舞花;J·嘉姆貝塔
• 申請（專利權(quán)）人: 國際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 馬景輝

1.一種用于使用包括多個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)來生成用于變分量子本征值求解器VQE的試探狀態(tài)的系統(tǒng)，包括：

包括計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的存儲器設(shè)備；以及

處理器，與存儲器耦合并且被配置為執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令以使用所述量子計(jì)算機(jī)生成用于所述VQE的試探狀態(tài)，所述生成包括：

針對特定試探狀態(tài)，選擇要從量子比特捕獲的樣本的數(shù)量S，所述樣本包括量子比特狀態(tài)的測量；

將哈密頓量映射到所述量子計(jì)算機(jī)的量子比特；

使用任意單量子比特旋轉(zhuǎn)和糾纏器操作的交錯(cuò)序列來在所述量子計(jì)算機(jī)中設(shè)置糾纏器，所述糾纏器定義所述量子計(jì)算機(jī)的至少量子比特子集之間的糾纏相互作用；

在與所述哈密頓量中的泡利項(xiàng)相關(guān)聯(lián)的后旋轉(zhuǎn)之后，從所述量子計(jì)算機(jī)讀出所述量子比特狀態(tài)，所述量子比特狀態(tài)表示所述泡利項(xiàng)的期望值，并且所述讀出是針對所選擇的數(shù)量S個(gè)樣本執(zhí)行的；

使用所述哈密頓量中的所述泡利項(xiàng)的測得的期望值來計(jì)算估計(jì)能量狀態(tài)；以及

響應(yīng)于所述估計(jì)能量狀態(tài)未以預(yù)期能量狀態(tài)收斂，計(jì)算用于所述VQE的新試探狀態(tài)，并且迭代以使用所述新試探狀態(tài)來計(jì)算估計(jì)能量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中試探狀態(tài)的生成還包括：

選擇更新用于所述VQE的試探狀態(tài)所達(dá)到的迭代的數(shù)量N；

計(jì)算用于所述VQE的新試探狀態(tài)，并且迭代以使用所述新試探狀態(tài)來計(jì)算估計(jì)能量達(dá)到所選擇的N次迭代；以及

響應(yīng)于在所選擇的N次迭代之后所述估計(jì)能量狀態(tài)未以所述預(yù)期能量狀態(tài)收斂，遞增所選擇的樣本的數(shù)量S和所選擇的迭代的數(shù)量N。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中試探狀態(tài)的生成還包括：

響應(yīng)于在所選擇的N次迭代之后所述估計(jì)能量狀態(tài)未以所述預(yù)期能量狀態(tài)收斂，遞增與所述量子計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)的深度d，所述深度d指示用于設(shè)置試探狀態(tài)的糾纏器的數(shù)量。

4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述糾纏器是使所述量子計(jì)算機(jī)中的量子比特糾纏的門的序列。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述糾纏器中和所述單量子比特旋轉(zhuǎn)中的門使用并行化來操作以用于試探狀態(tài)制備。

6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，使用微波脈沖實(shí)現(xiàn)的唯一的單量子比特旋轉(zhuǎn)組被用于屬于相同張量積基組的多個(gè)哈密頓量項(xiàng)的測量。

7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中試探狀態(tài)的生成還包括：

在量子比特狀態(tài)的每次讀出之后重置所述量子計(jì)算機(jī)的量子比特，所述重置包括向所述量子計(jì)算機(jī)發(fā)送重置脈沖。

8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，試探狀態(tài)是使用通過波形、幅度和時(shí)間來參數(shù)化的微波脈沖來制備的。

9.一種用于使用包括多個(gè)量子比特的量子計(jì)算機(jī)來生成用于變分量子本征值求解器VQE的試探狀態(tài)的方法，所述生成包括：

針對特定試探狀態(tài)，選擇要從量子比特捕獲的樣本的數(shù)量S，所述樣本包括量子比特狀態(tài)的測量；

將哈密頓量映射到所述量子計(jì)算機(jī)的量子比特；

在所述量子計(jì)算機(jī)中設(shè)置糾纏器，所述糾纏器定義所述量子計(jì)算機(jī)的至少量子比特子集之間的糾纏相互作用，所述設(shè)置使用任意單量子比特旋轉(zhuǎn)和糾纏器操作的交錯(cuò)序列；

在與泡利項(xiàng)相關(guān)聯(lián)的后旋轉(zhuǎn)之后，從所述量子計(jì)算機(jī)讀出量子比特狀態(tài)的測量，所述讀出是針對所選擇的數(shù)量S個(gè)樣本執(zhí)行的；

使用所述泡利項(xiàng)的測量來計(jì)算估計(jì)能量狀態(tài)；以及

響應(yīng)于所述估計(jì)能量狀態(tài)未以預(yù)期能量狀態(tài)收斂，計(jì)算用于所述VQE的新試探狀態(tài)，并且迭代以使用所述新試探狀態(tài)來計(jì)算估計(jì)能量。