[發明專利]基于不同測量方式的量子開放系統模擬方法、存儲介質及終端

有效

• 申請號: 202110961858.4
• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113609704B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 李曉瑜;胡勇;朱欽圣;吳昊;盧俊邑
• 申請（專利權）人: 四川元匠科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/17;G06F17/16;G06F17/11
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 張巨箭

本發明公開了基于不同測量方式的量子開放系統模擬方法、存儲介質及終端，屬于量子開放系統模擬技術領域，基于量子開放系統的分離量子隱馬爾可夫模型及已知時序數據構建似然函數；采用似然函數對分離量子隱馬爾可夫模型所有可能的Kraus算符求導數進行梯度下降極大化似然函數的值，進而得到分離量子隱馬爾可夫模型中Kraus算符的一個矩陣解，實現分離量子隱馬爾可夫模型的求解。本發明通過構建似然函數求解分離量子隱馬爾可夫模型中Kraus算符，以此獲取量子隱馬爾可夫模型中Kraus算符的具體矩陣形式，達到模擬量子開放系統的目的，能夠模擬任何用量子條件主方程描述的量子開放系統，適用范圍廣。

技術領域

本發明涉及量子開放系統模擬技術領域，尤其涉及基于不同測量方式的量子開放系統模擬方法、存儲介質及終端。

背景技術

對于理想的封閉的量子系統，薛定諤方程可以有效地求解其各種性質，然而在真實的世界中，不存在理想的封閉的量子系統。針對量子開放系統，量子開放系統和環境具有相互作用，在大多數的情況下，環境所處的希爾伯特空間非常大，如果求解整個復合系統(量子系統、環境)的密度矩陣這將會非常困難，所以人們提出了量子主方程的方法來求解量子開放系統。量子主方程的核心思想是，先對復合量子系統整體的密度矩陣做演化，然后在對環境進行偏跡，平均掉環境對量子系統的影響。

現有技術中提出了研究電荷比特細致輸運過程中的條件主方程，并通過循環神經網絡模擬量子輸運過程中的量子條件主方程，以此對輸運過程中的量子條件主方程進行求解，實現該過程中對相關物理量的研究，然而其只能夠模擬量子開放系統的密度矩陣跡的演化，無法求出量子隱馬爾可夫模型中Kraus算符的具體矩陣形式；同時，該方法無法反映密度矩陣的部分性質比方說半正定和厄米性，且僅適用于量子輸運過程中量子條件主方程的求解。在此基礎上，如何求解量子開放系統的量子條件主方程使其與針對于量子開放系統的物理實驗相對應，進而對其熱力學性質、力學性質、化學性質等進行研究，以加強其在量子信息、物理學等領域的應用如指導微納量子器件的設計是本領域亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有量子條件主方程求解過程中無法獲取量子隱馬爾可夫模型中Kraus算符的具體矩陣形式、適用范圍有限的問題，提供了基于不同測量方式的量子開放系統模擬方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：基于不同測量方式的量子開放系統模擬方法，所述方法包括：

基于量子開放系統的分離量子隱馬爾可夫模型及已知時序數據構建似然函數；

采用似然函數對分離量子隱馬爾可夫模型所有可能的Kraus算符求導數進行梯度下降極大化似然函數的值，進而得到分離量子隱馬爾可夫模型中Kraus算符的一個矩陣解，實現分離量子隱馬爾可夫模型的求解。

在一示例中，獲取量子開放系統的分離量子隱馬爾可夫模型具體包括：

基于不同測量方式將量子開放系統對應的環境希爾伯特空間進行劃分，并將劃分后的環境希爾伯特空間帶入至量子開放系統的量子主方程得到量子開放系統的量子條件主方程；

將量子開放系統的量子條件主方程進行馬爾可夫近似處理后得到分離量子隱馬爾可夫模型。

在一示例中，所述得到量子開放系統的量子條件主方程具體包括：

根據量子開放系統的哈密頓量獲取所述量子開放系統的量子主方程：

其中，ρ(t)表示在t時刻量子開放系統的密度矩陣；表示密度矩陣對時間t的一階導函數；i表示虛數單位；τ表示小于時間變量t的任意時刻；表示劉維爾超算符，定義為表示與哈密頓量H′相關的劉維爾超算符，定義為G(t，τ)表示與量子開放系統哈密頓量相關的格林函數，定義為…表示Tr_E(…),即對環境求偏跡；E表示環境；