[發明專利]用混合經典-量子計算系統計算分子系統的激發態屬性

在審

• 申請號: 201980053018.9
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN112567396A
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: P·奧利特拉尤特;P·巴庫特索斯;S·沃爾恩爾;M·匹斯托愛;A·邁扎卡波;I·塔弗奈利
• 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: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 馮雯

一種用于使用混合經典?量子計算系統計算分子系統的激發態屬性的方法，包括使用量子處理器和存儲器確定量子邏輯門組合的基態波函數。在一個實施例中，該方法包括形成一組激發算子。在一個實施例中，該方法包括由該組激發算子和哈密頓算子形成一組換向器。在一個實施例中，該方法包括將該組換向器映射到一組量子位狀態，該組量子位狀態對應于量子處理器的一組量子位。在一個實施例中，該方法包括使用量子處理器和存儲器來評估該組換向器。在一個實施例中，該方法包括使量子讀出電路測量來自該組計算的換向器的激發態能。

技術領域

本發明總體上涉及使用量子計算的優化。更具體地，本發明涉及一種使用混合經典-量子計算系統來計算分子系統的激發態屬性的系統和方法。

背景技術

在下文中，除非在使用時明確區分，否則短語詞中的“Q”前綴指示該詞或短語在量子計算上下文中的引用。

分子和亞原子粒子遵循量子力學定律。量子力學是物理學的一個分支，其探索物理世界如何在最基本的水平上工作。在此水平上，粒子以奇怪的方式運行，同時處于多個狀態，并且與其他很遠的粒子進行交互。量子計算利用這些量子現象來處理信息。

我們當今通常使用的計算機稱為經典計算機(在本文中也稱為“常規”計算機或常規節點或“CN”)。常規計算機使用采用半導體材料和技術制造的常規處理器、半導體存儲器以及磁或固態存儲設備，這就是所謂的馮·諾依曼體系結構。特別地，常規計算機中的處理器是二進制處理器，即，對由1和0表示的二進制數據進行操作。

量子處理器(q處理器)使用糾纏的量子位設備(在本文中簡稱為“量子位”、多個“量子位”)的獨特性質來執行計算任務。在量子力學運行的特定領域中，物質粒子可以以多種狀態存在——例如“開”狀態、“關”狀態以及“開”和“關”狀態同時存在。在使用半導體處理器進行二進制計算僅限于僅使用開和關狀態(在二進制代碼中等于1和0)的情況下，量子處理器利用物質的這些量子狀態來輸出可用于數據計算的信號。

常規計算機以比特來編碼信息。每個位可以取1或0的值。這些1和0充當最終驅動計算機功能的通/斷開關。另一方面，量子計算機則是基于量子位的，量子位根據量子物理學的這兩個關鍵原理進行操作：疊加和糾纏。疊加意味著每個量子位可以表示事件可能結果之間的1和0推斷。糾纏是指疊加中的量子位可以以非經典方式相互關聯；即，一個的狀態(無論它是一個1或0或兩者)可能依賴于另一個的狀態，并且兩個量子位在糾纏時含有的信息比作為兩個獨立的量子位含有的信息更多。

使用這兩個原理，量子位用作信息的處理器，使量子計算機能夠以允許它們解決使用常規計算機難以解決的某些難題的方式工作。

存在一類問題，稱為優化問題。優化問題是這樣一種計算問題，其中要針對不同問題確定最佳或最佳解決方案，其中不同問題具有多個可能的解決方案。例如，不同的問題可以是著名的旅行推銷員問題，其中必須確定幾個城市之間的路線，以使旅行推銷員覆蓋每個城市而不重新訪問任何城市。這個問題有許多可能的解決方案——城市之間的路線。與旅行推銷員問題相關的優化問題，是從每個都滿足旅行推銷員問題的要求的許多可能的路線中，找到最短的路線，即最佳或最優路線。

配置優化問題以在計算機上執行，以使計算機可以在有限時間內計算出最優解決方案，本身就是一個難題。直到最近，可用于執行優化問題的唯一計算資源是本文所述的常規計算機。對于常規計算機而言，許多優化問題太困難或太復雜，以至于無法在合理的時間內使用合理的資源進行計算。通常，在這種情況下，可以在合理的時間和合理的資源下計算的近似解被認為是接近最優的解。

量子計算的出現提出了許多計算領域的進步可能性，包括優化問題的計算。因為量子計算系統可以一次評估解空間中的許多解，所以說明性實施例認識到這樣的系統特別適合于解決優化問題。