[發(fā)明專利]基于最優(yōu)化策略的量子態(tài)驗證標準化方法

有效

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• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111460421B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發(fā)明（設計）人: 馬小松;蔣新賀;王琨;錢鍇一;陸亮亮
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06F21/34
• 分類號: G06F21/34;G06N10/60
• 代理公司: 上海欣創(chuàng)專利商標事務所(普通合伙) 31217
• 代理人: 包宇霆

本發(fā)明公開了一種基于最優(yōu)化策略的量子態(tài)驗證標準化方法，其具體步驟如下：(1)調節(jié)量子設備產生所需要的量子態(tài)；(2)計算最優(yōu)化驗證策略下的測量基；(3)量子設備產生一份一份的量子態(tài)拷貝，然后選擇最優(yōu)化測量基對每一份拷貝測量，得到測試結果成功記為1或失敗記為0；(4)統(tǒng)計首次失敗發(fā)生的次數(shù)索引Nsubgt;first/subgt;以及N次測量中成功次數(shù)msubgt;pass/subgt;；(5)根據(jù)統(tǒng)計結果估算設備產生目標態(tài)的置信度和保真度，對設備可靠性評估分析。本發(fā)明實現(xiàn)了量子設備工作可靠性的標準化檢驗，以消耗少的資源對量子態(tài)進行了估計，在數(shù)百個量子態(tài)拷貝下就可以達到90％以上的置信度，實用性好，可以作為量子設備檢驗的標準化方法。

技術領域

本發(fā)明屬于量子信息中的量子態(tài)驗證領域，具體涉及到最優(yōu)化驗證策略在實際量子產品設備工作可靠性檢驗中的標準化。

背景技術

量子態(tài)產生設備是量子信息技術的重要設備模塊，用來產生單粒子態(tài)和多粒子糾纏態(tài)，被廣泛應用于量子通信、量子模擬和量子計算等領域，現(xiàn)在有許多成熟的量子態(tài)生成器正在應用到量子通信和量子計算各個領域。檢驗量子設備是否可靠和有效地產生了客戶需要的量子態(tài)是量子態(tài)生成器產品大規(guī)模應用的重要一步，作為一個終端用戶，我們收到量子設備后，希望調節(jié)其參數(shù)產生我們需要的量子態(tài)，但在實際應用場景中，設備構造并不是百分之百完美，在操作中也會存在各種各樣的噪聲，這樣就會造成設備實際產生的量子態(tài)離我們需要的目標態(tài)具有一定的差異，用戶的目標就是用盡量少的資源以一定的置信度判斷出設備以特定的保真度產生了目標態(tài)。

現(xiàn)有的檢驗設備產生量子態(tài)的標準化方法是量子態(tài)層析，然而量子態(tài)層析隨著粒子數(shù)和量子比特數(shù)的增多需要的測量基數(shù)目呈指數(shù)級的增長，而且需要上萬量子態(tài)拷貝減少統(tǒng)計誤差，在后期數(shù)據(jù)處理中需要最大似然估計得到密度矩陣，數(shù)據(jù)處理量大，非常耗時耗資源。近年來，一些非層析的方法被提出來用來進行量子態(tài)的驗證，他們不需要具體知道量子態(tài)的密度矩陣，可以對量子態(tài)進行一個特定置信度的估計，得到其保真度的一個范圍，然而這些方法要么對量子態(tài)做了一些特定假設，要么限定了特定的測量操作，在實際應用中不容易實現(xiàn)，迄今為止并沒有一個統(tǒng)一的類似量子態(tài)層析那樣的標準化方法得以建立。為此，我們通過對設備進行最優(yōu)化策略的驗證，建立了一套標準化的量子態(tài)驗證流程，此流程具有普適性，未來可用于量子產品設備的檢驗。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于：為了克服傳統(tǒng)量子態(tài)層析的不足，提供一套基于最優(yōu)化驗證策略的量子態(tài)驗證標準化流程方法，規(guī)范量子態(tài)驗證方案，全面高效分析量子設備。本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種基于最優(yōu)化策略的量子態(tài)驗證標準化方法，包括如下具體步驟：

(1)產生目標態(tài)：針對不同的物理系綜如離子、超導、光子、NV色心等，調節(jié)量子態(tài)生成器的各個部件，產生客戶需要的目標態(tài)。首先優(yōu)化好各個模塊的相位，通過探測器觀察標準基下各路的對比度，調節(jié)相位器使標準基下對比度最大。通過調節(jié)量子態(tài)中不同分量的相對強度和相對相位，觀察探測端符合計數(shù)，在標準基下調節(jié)使符合計數(shù)對比度都是最大。根據(jù)客戶需要的目標態(tài)|ψ(r,φ)，調節(jié)態(tài)中不同分量強度和相對相位，使目標態(tài)的分量強度和相對相位為我們設置的目標強度和相位，從而使設備工作在目標態(tài)。

(2)計算最優(yōu)化策略需要的投影測量：編程計算目標態(tài)|ψ(r,φ)對應的密度矩陣，從而獲得目標態(tài)中的參數(shù)r和φ的估計值。對于一個廣義的糾纏態(tài)，理論給出其最優(yōu)化策略對應的投影測量，測量基與目標態(tài)中r和φ的值有關，可以利用上面估計出的參量r和φ的值計算出投影測量對應的測量基，測量采用量子態(tài)分析儀實現(xiàn)，分為非自適應和自適應測量，自適應測量利用觸發(fā)儀器實現(xiàn)。實際中選擇多組r和φ參數(shù)的目標態(tài)，編寫自動化的計算程序，對每個給定的目標態(tài)都可以通過參數(shù)r和φ得到量子態(tài)分析儀對應的儀器設置參數(shù)。