[發明專利]消除量子測量噪聲的方法及系統、電子設備和介質

有效

• 申請號: 202110276285.1
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113011593B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 王琨;陳俁翱;王鑫
• 申請（專利權）人: 北京百度網訊科技有限公司
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00;G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 北京市漢坤律師事務所 11602
• 代理人: 姜浩然;吳麗麗

本公開提供了一種消除量子測量噪聲的方法、系統、電子設備、計算機可讀存儲介質和計算機程序產品，涉及計算機領域，尤其涉及量子計算機技術領域。實現方案為：確定測量設備連續執行的最大次數Z；對于包含Z個整數的集合{0,1,…,K}中的每一個整數k：執行M₁次量子計算過程，以基于每次量子計算過程所得到的中間測量結果來計算M₁次量子計算過程的平均測量結果，并且其中，在每次量子計算過程中，通過量子計算機產生一個n量子比特的量子態ρ，連續執行測量設備k+1次以對量子態ρ進行測量并得到該次量子計算過程的中間測量結果；以及基于所有整數k所對應的平均測量結果，利用諾依曼級數確定消除量子測量噪聲后的計算結果的無偏估計。

技術領域

本公開涉及計算機領域，尤其涉及量子計算機技術領域，具體涉及一種消除量子測量噪聲的方法、系統、電子設備、計算機可讀存儲介質和計算機程序產品。

背景技術

量子計算機技術在近幾年得到了飛速發展，但是在可預見的未來量子計算機中的噪聲問題是難以避免的：量子比特中的熱量耗散或是更底層的量子物理過程中產生的隨機波動，將使得量子比特的狀態翻轉或隨機化，以及測量設備讀取計算結果出現偏差，都可能導致計算過程失敗。

目前處理測量設備的量子測量噪聲主要包括以下技術方案：量子糾錯(QuantumError Correction)技術、逆矩陣方法(Matrix Inversion)和準概率分解方法(Quasi-probability Decomposition)。在量子糾錯技術中，每個邏輯量子比特由很多個物理比特組成，通過冗余的物理量子比特資源實現糾錯，但是隨著物理比特數目的增加，系統可能發生的錯誤類型也會增多，同時多量子比特編碼的操作需要物理量子比特之間非局域的相互作用，因此實驗上量子糾錯和邏輯比特的量子門都很難實現。逆矩陣方法和準概率分解方法雖然不需要額外的物理比特，但是它們都依賴預處理步驟：首先需要層析出量子測量噪聲矩陣A，然后計算該矩陣的逆矩陣A^-1。層析出量子測量噪聲矩陣A需要的量子態數目為O(2ⁿ)，而當前最好的計算逆矩陣的方法的復雜度為計算難度較大、預處理時間較長，因此這兩個方法不具有可擴展性。

發明內容

本公開提供了一種消除量子測量噪聲的方法、系統、電子設備、計算機可讀存儲介質和計算機程序產品。

根據本公開的一方面，提供了一種消除測量設備的量子測量噪聲的方法，包括：確定測量設備連續執行的最大次數Z，其中，Z為正整數；對于包含Z個整數的集合{0，1，...，K}中的每一個整數k，其中，K＝Z-1：執行M₁次量子計算過程，以基于每次量子計算過程所得到的中間測量結果來計算M₁次量子計算過程的平均測量結果，其中，M₁為預設的正整數，并且其中，在每次量子計算過程中，通過量子計算機產生一個n量子比特的量子態ρ，連續執行測量設備k+1次以對量子態ρ進行測量并得到該次量子計算過程的中間測量結果，n為正整數；以及基于所有整數k所對應的平均測量結果，利用諾依曼級數確定消除量子測量噪聲后的計算結果的無偏估計。

根據本公開的另一方面，提供了一種消除測量設備的量子測量噪聲的系統，包括：量子計算機，被配置為：在每次量子計算過程中產生一個n量子比特的量子態ρ，其中n為正整數；測量設備，被配置為：在每次量子計算過程中對量子計算機產生的量子態ρ連續測量k+1次，以獲得該次量子計算過程的中間測量結果；經典計算機，被配置為：對于每一個整數k：接收測量設備在每次量子計算過程所得到的中間測量結果，以基于每次量子計算過程所得到的中間測量結果來計算M₁次量子計算過程的平均測量結果，其中，M₁為預設的正整數；以及基于所有整數k所對應的平均測量結果，利用諾依曼級數確定消除量子測量噪聲后的計算結果的無偏估計；其中，k為包含Z個整數的集合{0，1，...，K}中的一個整數，并且其中，Z為正整數，表示測量設備連續測量的最大次數，K＝Z-1。