[發明專利]一種量子噪音確定和量子態估計方法

有效

• 申請號: 202110260149.3
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112906898B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 馬雄峰;曾培
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 周良玉;張靜娟

1.一種確定量子線路噪聲的方法，包括：

針對初態為基態的若干量子單元，進行N1輪次隨機測量，其中每輪次隨機測量包括：將所述若干量子單元輸入預先建立的隨機量子線路，對于經過隨機量子線路演化后的該若干量子單元進行測量，確定該輪次隨機測量對應的第一測量結果，以及根據所述隨機量子線路的狀態確定該輪次隨機測量對應的隨機酉矩陣；

基于N1輪次隨機測量對應的N1個第一測量結果和N1個隨機酉矩陣，確定所述隨機量子線路的噪聲參數；所述基于N1輪次隨機測量對應的N1個第一測量結果和N1個隨機酉矩陣，確定所述隨機量子線路的噪聲參數，包括:基于所述N1個第一測量結果和N1個隨機酉矩陣，確定所述隨機量子線路的第一量子噪聲，對所述第一量子噪聲進行平均化-對角化處理，得到隨機量子線路的第二量子噪聲，基于所述第二量子噪聲，確定所述隨機量子線路的噪聲參數。

2.根據權利要求1的方法，其中，所述對所述第一量子噪聲進行平均化-對角化處理，其數學表達式為：

其中，ε為第一量子噪聲的表示矩陣，為平均化-對角化處理取得結果，G為所述N1個隨機酉矩陣的集合，是G中的第i個隨機酉矩陣，為的逆矩陣。

3.根據權利要求2所述的方法，其中，所述第i個隨機酉矩陣為n比特的Clifford矩陣，對所述第一量子噪聲進行平均化-對角化處理后，其處理結果的數學表現形式為：

其中，f為自由參數，f根據N1輪次隨機測量獲得的自由參數估計量平均后獲得，獲得的計算方式為，

其中,U為隨機酉矩陣，b為第一測量結果，d為量子態表示系統的維度。

4.根據權利要求2所述的方法，其中，所述第i個隨機酉矩陣為單比特的Clifford矩陣，對所述第一量子噪聲進行平均化-對角化處理后，其處理結果具備對角化形式，并具有2ⁿ個參數，所述參數中包括自由參數，其中，與給定m個量子觀測量相關的自由參數為2^k個，k為2、3、4其中之一；

其中，自由參數由參數估計值平均后獲得，的計算方式為，

其中z為n比特的二進制串，P_z為在n比特Pauli矩陣基矢空間的投影算符，U為隨機酉矩陣，b為第一測量結果。

5.一種量子態估計方法，所述方法包括：

獲取根據權利要求1-4中任一項確定的隨機量子線路的噪聲參數；

針對初態為待測態的若干量子單元，進行N2輪次隨機測量，其中，每輪次隨機測量包括：將所述若干量子單元輸入所述隨機量子線路，對于經過隨機量子線路演化后的該若干量子單元進行測量，確定該輪次隨機測量對應的第二測量結果，以及根據隨機量子線路狀態確定該輪次隨機測量對應的隨機酉矩陣；

基于所述N2輪次隨機測量對應的N2個第二測量結果和N2個隨機酉矩陣、以及所述隨機量子線路的噪聲參數，確定所述若干量子單元的待測態的多個隨機樣本。

6.根據權利要求5所述的方法，還包括，

根據所述若干量子單元的待測態的隨機樣本，確定所述若干量子單元的觀測量。

7.根據權利要求5所述的方法，其中，基于所述N2輪次隨機測量對應的N2個第二測量結果和N2個隨機酉矩陣、以及所述隨機量子線路的噪聲參數，確定所述若干量子單元的待測態的多個隨機樣本，包括：

根據所述N2個第二測量結果和N2個隨機酉矩陣、以及所述隨機量子線路的噪聲參數，確定其中多個輪次各自對應的第一向量和測量逆矩陣；

根據所述多個輪次各自對應的第一向量和測量逆矩陣，確定所述若干量子單元的待測態的多個隨機樣本。

8.根據權利要求7所述的方法，其中，根據所述多個輪次各自對應的第一向量和測量逆矩陣，確定所述若干量子單元的待測態的多個隨機樣本，其數學表達式為：

其中，為第一向量，為測量逆矩陣，為待測態隨機樣本，|b為第一測量結果，為隨機酉矩陣的逆矩陣。