[發明專利]使用分層存儲在計算機上仿真量子電路

在審

• 申請號: 201980028977.5
• 申請日: 2019-04-15
• 公開（公告）號: CN112041859A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: E·P·D·佩德諾爾特;G·南尼奇尼;J·貢內爾;L·霍雷什
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 馬明月

這里描述的是輸入量子電路的仿真，包括量子電路的機器可讀規范。各方面包括基于用于張量切片而被識別的至少兩組量子位將所述輸入量子電路分區為一組子電路，其中所得子電路具有用于張量切片的相關量子位集。所述仿真可以分階段進行，每個子電路一個階段。與子電路相關的量子位集可用于將所述輸入量子態電路的所述仿真量子態張量分區為量子態張量切片，并且所述子電路中的所述量子門可用于更新所述量子態張量切片成為已更新量子態張量切片。所述已更新量子態張量切片作為微切片存儲到輔助存儲器中。

背景

本發明總體上涉及量子計算，并且更具體地涉及仿真量子電路。量子信息處理(量子計算)具有解決某些特定類型的數學問題的潛力，而這是常規機器計算難以解決的。量子計算機使用量子比特(量子位)對信息進行編碼，其中量子位是量子信息的基本單位。量子電路基于量子力學現象，例如量子位疊加和量子位糾纏。

盡管量子計算具有潛在的益處，但是量子電路的制造困難且昂貴，并且遭受諸如縮放和量子去相干之類的各種問題的困擾。因此，已經使用可商購的常規(非量子)計算機進行的量子電路仿真，包括用于量化電路保真度以及評估正確性、性能和縮放比例，這是基于計算測量結果的量子態幅度(quantum state amplitudes)的能力。但是，由于幅度的數量隨量子位的數量呈指數增長，因此使用現有技術計算測量結果的量子態幅度變得非常棘手，這使功能強大的超級計算機也無法承受。事實上，最近的出版物，“表征近期設備中的量子至上性”，作者BOIXO等，ARTICLES，NaturePhysics(2018)，doi：10.1038/s41567-018-0124-x，指出：“具有7×7量子位和深度約40個周期的電路的輸出幅度目前不可行。”因此，量子電路仿真僅限于具有較低電路深度的量子位數量相對較少的電路(電路深度是指該電路可以劃分成在任何給定層最多可劃分的層數一個門作用于給定的量子位)。

概要

以下給出了概述，以提供對本發明的一個或多個實施例的基本理解。該概述并非旨在標識關鍵或重要元素，也不旨在描繪本發明的特定實施例的任何范圍或權利要求的任何范圍。其唯一目的是以簡化的形式呈現概念，作為稍后呈現的更詳細描述的序言。

根據本發明的一個實施例，一種系統包括一個分區部件，所述分區部件基于至少兩組確定的張量切片量子位分區包括機器可讀規范的輸入量子電路成為子電路，其中，所述子電路具有用于張量切片的相關量子位集。一個仿真組件基于所述子電路將所述輸入量子電路分階段地仿真為仿真量子態張量，每個子電路一個階段，其中與子電路相關量子位集用于分區所述輸入量子電路的所述仿真量子態張量成為量子態張量切片，并且所述子電路中的量子門被用于將所述量子態張量切片更新為已更新張量切片。讀寫組件將所述仿真量子態張量的所述已更新量子態張量切片作為微切片存儲至輔助存儲器。

所述讀寫組件可以以跨越所述輔助存儲器的至少兩個磁盤扇區的大小來寫入微切片。所述讀寫組件可以進一步從所述輔助存儲器中檢索所述已更新量子態張量切片，并且所述仿真組件可以將另一個子電路處理為其他子電路張量，并用從所述輔助存儲器中檢索到的所述已更新量子態張量切片來更新所述其他子電路張量成為進一步已更新量子態張量切片。

根據本發明的一個實施例，一種計算機實現的方法包括：處理包括一個機器可讀的量子電路規格的輸入量子電路。所述處理包括基于被識別用于張量切片的至少兩組量子位將所述輸入量子電路分區為子電路組，其中，所述子電路組具有用于張量切片的相關量子位集。基于所述子電路組將仿真輸入量子電路階段化為一個仿真量子態張量，每個子電路一個級，其中與子電路相關的量子位集被用于將所述輸入量子電路的所述仿真量子態張量分區為量子態張量切片，并將所述子電路中的量子門用于更新所述量子態張量切片成為已更新量子態張量切片。所述方法包括將所述仿真量子態張量的已更新量子態張量切片作為微切片存儲至輔助存儲器。