[發明專利]一種量子系統的演化方法及裝置

有效

• 申請號: 202210599903.0
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN114819166B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 袁驍;張笑鳴
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G06N10/20
• 分類號: G06N10/20
• 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

本發明涉及一種量子系統的演化方法，該方法包括:通過第一轉換關系，將待模擬的開放量子系統中的第一量子態轉換到封閉量子系統中的第二量子態，開放量子系統中的第一量子態根據第一關系式進行演化，封閉量子系統中的第二量子態根據第二關系式進行演化；其中，第一關系式依賴于非厄米矩陣形式的第一演化矩陣，第二關系式依賴于酉正演化；根據第二量子態，制備封閉量子系統的量子態初態；將封閉量子系統的量子態初態通過第二關系式進行演化，獲得封閉量子系統的量子態末態，該方法，可以將在量子計算機中較復雜，較難演化的開放量子系統等效為封閉量子系統，并且該封閉量子系統的演化可以基于酉矩陣的演化實現，縮短時間。

技術領域

本發明涉及量子系統演化技術領域，特別涉及一種量子系統的演化方法及裝置。

背景技術

對開放量子系統的量子模擬算法已經有一些理論方案被提出以及實驗實現。其中一種算法是基于一階或二階特羅得展開。該方法不需要輔助量子比特，并且時間復雜度隨精度以O(1/ε)或者的形式增加。具體的實現步驟如下：

1.制備量子態初態。

2.將描述演化總時間T分為N份。對于每一份演化，將通過特羅得展開將演化算符拆分成若干子算符的相乘。雖然總演化算符不能直接實現，但是我們可以在量子計算機上依次實現每一個子算符對應的演化。只要拆分份數N足夠大，那么我們就能夠精確地模擬整個演化過程。

3.對量子態末態的物理量進行測量。

4.重復步驟1-3，對測量結果做平均，得到待測量物理量的期望值。

而特羅得一階、二階展開方法的時間復雜度隨精度以O(1/ε)或者增加，隨模擬演化的時間t以O(t²)或者O(t^1.5)的形式增加，遠未達到理論最優值。雖然對于封閉量子系統，已經有許多技術可以達到更好的時間復雜度，例如基于泰勒展開的方法和量子信號處理算法等。然而，這些算法不能直接應用到開放量子系統的模擬中來，其原因如下。封閉系統的演化可以直接由酉矩陣描述，上述的高效模擬算法也都只能應用于基于酉矩陣的演化。但是，開放系統的演化算符并不能直接由酉矩陣描述。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術中存在的上述問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種量子系統的演化方法，其特征在于,包括:

通過第一轉換關系，將待模擬的開放量子系統中的第一量子態轉換到封閉量子系統中的第二量子態，所述開放量子系統中的所述第一量子態根據第一關系式進行演化，所述封閉量子系統中的所述第二量子態根據第二關系式進行演化，其中，所述第一關系式依賴于非厄米矩陣形式的第一演化矩陣，所述第二關系式依賴于酉正演化；根據所述第二量子態，制備所述封閉量子系統的量子態初態；將所述封閉量子系統的所述量子態初態通過所述第二關系式進行演化，獲得所述封閉量子系統的量子態末態。

本發明實施例的一種量子系統的演化方法，可以將在量子計算機中較復雜，較難演化的開放量子系統等效為封閉量子系統，并且該封閉量子系統的演化可以基于酉矩陣的演化實現，縮短時間。

附圖說明

圖1為本發明實施例的量子系統的演化方法的流程圖；

圖2為本發明實施例的量子系統的演化方法的一種實施例的流程圖；

圖3為本發明實施例的一種量子系統的演化裝置的結構示意圖；

圖4為本發明實施例的一種計算設備的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

首先需要說明的是，量子計算可以解決許多經典計算機無法有效計算的困難問題。