[發明專利]基于變分量子線路確定PageRank的方法及裝置

有效

• 申請號: 202210542423.0
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114897173B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 袁驍;黃一鳴
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06N10/60
• 分類號: G06N10/60
• 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

本發明涉及一種基于變分量子線路確定PageRank的方法及裝置。方法包括：根據預先獲取的谷歌矩陣，構建量子系統絕熱演化的哈密頓量，哈密頓量包括初始哈密頓量和目標哈密頓量；其中，谷歌矩陣用于表征網頁間的鏈接關系，目標哈密頓量根據谷歌矩陣確定；構建變分量子線路，通過變分量子線路生成在絕熱演化時間內量子系統對應的變分量子態；根據變分量子線路生成的，絕熱演化完成后量子系統的終末量子態，確定PageRank向量。本發明提供的方法，通過變分量子算法來實現絕熱演化過程，一方面克服了基于量子絕熱演化算法需要時刻保證較大能量間隙的限制，另一方面繼承了量子絕熱演化算法帶來的多項式級加速。

技術領域

本發明涉及量子計算領域，尤其涉及一種基于變分量子線路確定PageRank的方法及裝置。

背景技術

PageRank算法是一種用以分析和度量網頁相關性和重要性的著名算法。該算法幫助搜索引擎，根據用戶檢索信息，對網頁進行重要性劃分，并讓搜索引擎以此作為網頁推薦的依據。然而，隨著互聯網的發展，如今搜索引擎需要對海量網頁進行檢索，這讓PageRank算法在計算上面臨巨大的挑戰。

隨著量子計算技術飛速的發展，含噪聲的中等規模量子設備(NoisyIntermediate-Scale?Quantum，NISQ)成為研究量子化學、量子多體物理等問題的一個重要新工具。量子算法已經被理論證明在許多特定問題上具有經典算法無法比擬的優越性，例如，大數分解、模擬量子系統，求解線性方程等問題。絕熱量子計算被證明在某些特定的網絡拓撲結構下，可能為PageRank算法帶來多項式級的加速。但是，依據絕熱定理，整個絕熱演化過程需滿足絕熱條件，即演化的快慢由問題對應的哈密頓量的基態與激發態間的能量間隙決定。

但是，實際應用中量子絕熱演化要受到基態和激發態的能量間隙的制約，當基態與激發態能量間隙過小時，首先需要足夠長的時間進行演化；其次由于能量間隙過小，很難確保系統在演化過程中一直保持在基態。

同時，在現有使用量子絕熱演化來實現尋找PageRank向量的工作，需要實現哈密頓量模擬。如果直接使用量子線路進行哈密頓量的模擬，則量子線路的深度會非常深。在現有無容錯的量子設備上，會出現噪聲累計，最終導致較大誤差。

此外，這些具有多項式或指數加速的量子算法往往需要在容錯量子計算機上才能展現出這一優勢。目前，容錯量子計算機的實現道路上，我們仍然有許多困難需要克服。

發明內容

有鑒于此，本申請實施例提供了一種基于變分量子線路確定PageRank的方法及裝置。

第一方面，本申請提供一種基于變分量子線路確定PageRank的方法，包括：

根據預先獲取的Google矩陣，構建量子系統絕熱演化的哈密頓量，所述哈密頓量包括初始哈密頓量和目標哈密頓量；其中，所述Google矩陣用于表征網頁間的鏈接關系，所述目標哈密頓量根據所述Google矩陣確定；

構建變分量子線路，通過所述變分量子線路生成在絕熱演化時間內所述量子系統對應的變分量子態；

根據所述變分量子線路生成的，絕熱演化完成后所述量子系統的終末量子態，確定PageRank向量，所述PageRank向量用于表征網頁間的相關度。

優選地，量子系統的初始量子態對應所述絕熱演化的初始哈密頓量的最小本征態，終末量子態對應所述目標哈密頓量的最小本征態，所述目標哈密頓量的基態對應所述Google矩陣的最大本征態。

優選地，所述絕熱演化的哈密頓量通過下式表示：

H＝(1-s)Hⁱ+sH^p

式中，H表征哈密頓量，s表征絕熱演化的時間，Hⁱ表征初始哈密頓量，H^p表征目標哈密頓量。