[发明专利]多个本征值的量子相位估计

说明书

用于量子相位估计的方法、系统和设备。在一个方面，一种设备包括量子电路，所述量子电路包括：包含至少一个辅助量子位元的第一量子寄存器、包括一个或多个量子位元的第二量子寄存器，其中，所述第二量子寄存器被准备在不是在第一和第二量子寄存器上进行运算的幺正算符的本征态的量子态中；以及相位获知系统，被配置为获知幺正算符的本征值的相位。

技术领域

本说明书涉及量子计算。

背景技术

量子相位估计是许多量子计算中的重要子例程。所有幺正算符(unitaryoperator)的本征谱是具有单位范数的复数。量子相位估计的目的可以是估计幺正算符的本征向量的本征相位。例如，对于作为幺正算符U(即，U|ψ＝e^-iφ|ψ)的本征态的量子态|ψ，量子相位估计的目的是估计φ的值。

发明内容

本说明书描述了用于通过执行随后用经典混合模型进行解译的系统性量子实验来归纳和推断幺正算符在物理量子态上的各个本征值的多个相位的技术。可以获知应用于量子态的幺正算符的本征值的各个相位，而不需要量子态是幺正算符的本征态。

一般而言，本说明书中描述的主题的一个创新性方面可以以方法来实现，所述方法包括：访问包括至少一个辅助量子位元(ancilla qubit)的第一量子寄存器和包括一个或多个量子位元的第二量子寄存器，其中，所述第二量子寄存器被准备在不是在第一和第二量子寄存器上进行运算(operation)的幺正算符的本征态的量子态中；在第一量子寄存器上执行相位估计实验以确定辅助量子位元的态的期望值；以及基于所确定的辅助量子位元的态的期望值获知幺正算符的本征值的相位。

这方面的其他实现方式包括对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机存储装置上的计算机程序，上述每一个均被配置为执行所述方法的动作。一个或多个计算机的系统由于在所述系统上安装有在操作时使所述系统执行动作的软件、固件、硬件或其组合而可以被配置为执行特定操作或动作。一个或多个计算机程序可以由于包括指令而被配置为执行特定操作或动作，所述指令在由数据处理设备执行时使所述设备执行动作。

前述和其他实现方式均可以可选地单独或组合地包括下述特征中的一个或多个。在一些实现方式中，在第一量子寄存器上执行相位估计实验包括针对每个相位估计实验重复地测量辅助量子位元的态。

在其他实现方式中，获知幺正算符的本征值的相位包括：将对辅助量子位元的态的测量的结果表示为二进制随机变量；基于二进制随机变量和所确定的期望值，限定表示二进制随机变量的值的概率的模型；以及对模型进行优化以获知幺正算符的本征值的相位。

在一些实现方式中，所述模型是混合模型。

在一些实现方式中，所述方法还包括提供获知的所述幺正算符的本征值的相位供在量子计算中使用。

在其他实现方式中，测量辅助量子位元的态包括：对对(M,θ)进行随机采样，其中，M表示所述幺正算符的应用的数量，并且θ表示由在第一量子寄存器上进行操作的相位门施加的旋转的角度。

在一些情况下，从[0,M_max]对M均匀地采样，其中M_max为所述幺正算符的应用的预定最大次数，并且从[0,2π]对θ均匀地采样。

在一些实现方式中，使用所确定的辅助量子位元的态的期望值来限定所述二进制随机变量。

在其他实现方式中，表示二进制随机变量的值的概率的混合模型由以下给出：