[發(fā)明專利]量子計算模擬平臺及線性方程組量子求解模擬方法、系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010933665.3
• 申請日: 2020-09-08
• 公開（公告）號: CN112232512B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 劉曉楠;荊麗娜;高捷;尹美娟;穆清;王美玲;江舵;宋慧超;安家樂
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: G06N10/60
• 分類號: G06N10/60;G06F17/12
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 周艷巧

1.一種線性方程組量子求解模擬方法，其特征在于，基于量子計算模擬平臺實現(xiàn)，所述量子計算模擬平臺利用量子線路來模擬求解2×2線性方程組，依據(jù)線程方程組確定4個平臺系統(tǒng)量子比特數(shù)，該量子比特數(shù)中包含：用于受控旋轉測量的輔助寄存器量子比特，用于相位估計的工作寄存器量子比特和用于輸入的第三寄存器量子比特；其中，相位估計通過應用相鄰工作寄存器之間量子比特門獲取編碼特征值倒數(shù)狀態(tài)；且在第三寄存器中，首先對輸入初始化，獲取賦值向量，利用量子比特門對第三寄存器量子線路進行轉換，得到用于模擬平臺運行的基本量子門，量子比特門包含：H門和/或非門和/或相位π門和/或泡利X門和/或泡利Y門和/或泡利Z門和/或旋轉門和/或CNOT門和/或SWAP門和/或Toffoli門和/或受控相移門；受控旋轉操作中，通過輔助寄存器引入輔助比特，并通過量子比特門轉換使輔助寄存器狀態(tài)處于疊加態(tài)，聯(lián)合工作寄存器狀態(tài)，通過輔助比特將基態(tài)值倒數(shù)提取至對應基態(tài)概率福上，受控旋轉測量利用量子比特門代替輔助寄存器受控R操作來確保輸出保真度，模擬方法具體包含如下內(nèi)容：

針對2×2線性方程組，其系數(shù)矩陣A若為一般矩陣，則將其轉換成埃米爾特矩陣，利用轉換后的埃米爾特矩陣更新線性方程組系數(shù)矩陣，并將線性方程組的向量轉換成量子態(tài)|b，其中，一般矩陣A轉換成埃米爾特矩陣的過程表示為：向量轉換成量子態(tài)|b的過程表示為：|b＞＝b₀|0＞+b₁|1＞，|b₀|²+|b₁|²＝1；并將線性方程組系數(shù)矩陣制備成酉矩陣；

聯(lián)合工作寄存器和第三寄存器初始態(tài)，通過相位估計操作提取系數(shù)矩陣特征值并以量子態(tài)存儲至工作寄存器中；其中，相位估計操作過程為：將系數(shù)矩陣A的特征向量表示為|μ₁和|μ₂，λ_j則表示系數(shù)矩陣A對應的特征值，通過H門和受控酉矩陣將A的特征值提取進工作寄存器量子態(tài)的概率幅中，通過量子傅立葉逆變換提取概率幅中的相位，并放到工作寄存器量子態(tài)的基態(tài)中，工作寄存器的狀態(tài)為|λ_j，且|λ_j為二進制儲存，第三寄存器中的|b展開為以特征向量|μ_j為基的式子，即|b表示為經(jīng)過相位估計的交換門后，系統(tǒng)狀態(tài)變?yōu)椋?/p>

聯(lián)合輔助寄存器和工作寄存器，通過受控旋轉操作將基態(tài)值倒數(shù)提取至基態(tài)概率幅上；其中，受控旋轉操作中采樣圍繞Bloch球y軸的旋轉門R_Y完成映射，受控旋轉操作具體過程為：將工作寄存器的狀態(tài)從|λ_j暫時變?yōu)橥ㄟ^輔助寄存器引入的輔助比特，在受控門的操作下，通過使輔助寄存器的狀態(tài)從|0映射到|0和|1的疊加態(tài)，整個系統(tǒng)的狀態(tài)為：

通過逆相位估計將工作寄存器和第三寄存器解糾纏，并使工作寄存器恢復初始狀態(tài)，保留輔助寄存器和第三寄存器糾纏結果；對|q₀進行測量，當測量結果為1的時候，|q₃為：

2.根據(jù)權利要求1所述的線性方程組量子求解模擬方法，其特征在于，相位估計操作中，利用量子比特門轉換和酉矩陣將系數(shù)矩陣特征值提取并存儲至工作寄存器量子態(tài)概率福中，通過量子傅立葉逆變換提取概率福中相位并存儲至工作寄存器量子態(tài)基態(tài)中。

3.根據(jù)權利要求1所述的線性方程組量子求解模擬方法，其特征在于，平臺采用本源量子云平臺，云平臺中提供用戶可選擇的量子虛擬機，所述虛擬機采用可視化編程學習模式，通過圖例和量子語言結合進行量子模擬運算。