[發明專利]玻色子系統模擬方法

有效

• 申請號: 202011281177.5
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN114511093B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 李德勝;吳偉;鐘鳴;吳春旺;陳平形
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06N10/60
• 分類號: G06N10/60;G06F17/16
• 代理公司: 深圳市迪斯卓越專利代理事務所(普通合伙) 44443
• 代理人: 閔華明;李小艷

本發明公開了一種玻色子系統模擬方法，假設玻色子系統的最大占有數截斷為2ⁿ?1，該方法包括：建立n位量子比特基矢與2ⁿ維Hilbert空間基矢的編碼映射關系；將2ⁿ維Hilbert空間截斷后的產生算符用Pauli矩陣表達；將產生算符的Pauli矩陣表達從2ⁿ維Hilbert空間遞推到2ⁿ⁺¹維Hilbert空間。本發明利用量子比特糾纏以及態疊加原理帶來的2ⁿ維Hilbert空間特性，將玻色子系統模擬的空間復雜度降為對數關系，不僅可用于量子計算機，節約量子比特計算資源，降低計算難度，也可用于經典計算機的量子虛擬機等環境，解決經典計算機模擬玻色子系統的內存指數增長問題。

技術領域

本發明屬于量子計算領域，尤其涉及一種玻色子系統模擬方法。

背景技術

量子模擬算法是量子算法中重要的一類，其中費米子和玻色子的量子模擬算法尤其重要。對于費米子的模擬算法，有著名的Jordan-Wigner變換以及改進的Bravyi-Kitaev變換。對于費米子或玻色子的量子模擬，有了產生算符的Pauli矩陣表達就能利用已有的方法搭建模擬相關問題的量子線路進而推算出這種費米子或玻色子的整套量子模擬算法。Jordan-Wigner變換以及Bravyi-Kitaev變換也就是給出了兩種不同的費米子產生算符的Pauli矩陣表達。現有技術中對于玻色子的模擬算法，一般采用基于量子比特與占有數基矢一一對應的算法。這種算法在量子計算機上執行時，需要的量子比特數為O(N)(N是玻色子最大占有數)，在經典計算機的量子虛擬機上，則需要的計算資源隨著占有數的增加呈指數增長，以至于經典計算機不能完成占有數較大時的計算。

發明內容

基于此，本發明的目的是通過建立新的量子比特和Hilbert空間映射關系，并在此基礎上通過定義新的玻色子產生算符的Pauli矩陣表達解決了現有技術中玻色子模擬算法中計算資源消耗大的問題，本發明公開的技術方案不僅可用于量子計算機，節約量子比特計算資源，降低計算難度，也可用于經典計算機的量子虛擬機環境，解決經典計算機模擬玻色子系統的內存指數增長問題。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種玻色子系統模擬方法，所述玻色子系統的最大占有數截斷為2ⁿ-1，該方法包括：

建立n位量子比特基矢與2ⁿ維Hilbert空間基矢的編碼映射關系；

將所述2ⁿ維Hilbert空間截斷后的產生算符用Pauli矩陣表達；

將所述產生算符的Pauli矩陣表達從2ⁿ維Hilbert空間遞推到2ⁿ⁺¹維Hilbert空間。

具體地，所述n位量子比特基矢與2ⁿ維Hilbert空間基矢的編碼映射關系為

|φ₀＝|0₁,0₂,...,0_n-1,0_n,

|φ₁＝|0₁,0₂,...,0_n-1,1_n,

|φ₂＝|0₁,0₂,...,1_n-1,0_n,

|φ₃＝|0₁,0₂,...,1_n-1,1_n,

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