[發明專利]基于MPI多進程的含噪聲單量子邏輯門實現方法及裝置

在審

• 申請號: 202010260433.6
• 申請日: 2020-04-03
• 公開（公告）號: CN111461335A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 王晶;竇猛漢
• 申請（專利權）人: 合肥本源量子計算科技有限責任公司
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00;G06F9/54;G06F9/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于MPI多進程的含噪聲單量子邏輯門實現方法，其特征在于，包括：

配置N個量子比特和2^M個基于MPI通信的進程，并將2^N個量子態均分存儲在2^M個進程中，各所述量子比特的編號為比特位n，并設置第一個進程中的第一個量子態的值為1；其中：N、M為正整數，0≤n≤N-1，M≥1，N≥M+1；

將單量子邏輯門設置指定噪聲模型；

通過計算所述指定噪聲模型中各噪聲算子分別對應的概率，確定需要被執行的噪聲算子；

基于所述噪聲算子和單量子邏輯門，得到變換矩陣，并根據所述變換矩陣，由所述進程進行所述量子態的變換運算。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述通過計算所述指定噪聲模型中各噪聲算子分別對應的概率，確定需要被執行的噪聲算子，包括：

確定各配對量子態的進程分布；

確定所述指定噪聲模型的噪聲算子個數；

針對每個所述噪聲算子，分別計算進程中配對的量子態經所述噪聲算子運算后的量子態；

計算經所述噪聲算子運算后的量子態的概率，其中，所述概率為經所述噪聲算子運算后的量子態的實部和虛部的平方和；

將各個進程對應的概率分布歸約到根節點；其中，每一所述進程對應的概率分布為{p1,p1+p2,...}，p1為該進程中第一個噪聲算子對應的概率，p2為第二個噪聲算子對應的概率；所述噪聲算子對應的概率為：位于該進程中的由該噪聲算子運算后的量子態的概率之和；

根據所述根節點獲取的隨機數，將所述隨機數與歸約后的概率分布進行對比，確定需要被執行的噪聲算子。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述確定各配對量子態的進程分布，包括：

計算單量子邏輯門操作的量子比特n的數值與N-M的差值；

若n＜N-M，則配對的量子態分布在同一個進程，且在同一個進程中配對的量子態下標偏移量為Q₁，其中Q₁＝2ⁿ；

若n≥N-M，則確定兩個配對的進程，其中，配對的量子態分布在兩個配對的進程中且量子態下標值相同。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述確定兩個配對的進程，包括：

確定當前進程號位S與進程號位偏移量Q₂；其中，所述Q₂＝2^n-(N-M)；

根據所述操作量子比特的比特位n確定中間值L＝SQ₂；

若L＞0，則與當前進程號位配對的進程號為S-Q₂；

若L＝0，則與當前進程號位配對的進程號為S+Q₂。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述噪聲算子和單量子邏輯門，得到變換矩陣，包括：

將所述需要被執行的噪聲算子或算子下標，廣播到所有進程；

將單量子邏輯門對應的酉矩陣與各進程獲得的噪聲算子對應的矩陣進行矩陣乘法運算，得到用于執行量子態運算的變換矩陣。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述根據所述變換矩陣，由所述進程進行所述量子態的變換運算，包括：

執行配對的量子態與所述變換矩陣的運算，得到新的量子態；

計算各個進程中所述新的量子態的概率，其中，所述新的量子態的概率為新的量子態實部和虛部的平方和；

計算所述各個進程中的概率的總和，并基于所述概率的總和計算歸一化因子；

將所述歸一化因子廣播到所述各個進程，并作用到各個所述新的量子態上，得到歸一化的新的量子態。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述指定噪聲模型，包括：

比特反轉噪聲模型、相位反轉噪聲模型、比特-相位反轉噪聲模型、去極化噪聲模型、幅值阻尼噪聲模型和相位阻尼噪聲模型中的一種。