[发明专利]用于执行相位运算的方法和装置

说明书

用于执行相位运算的方法、系统和设备。在一个方面，一种用于使用以相位加状态准备的第三量子位对第一量子位和第二量子位执行相同相位运算的方法包括：对第三量子位执行第一NOT运算；计算对第一量子位、第二量子位和第三量子位的受控加法器运算，包括在第四量子位中对受控加法器运算的结果进行编码；对第四量子位执行相位运算的平方；取消计算对第一量子位、第二量子位和第三量子位的受控加法器运算；在第一量子位和第三量子位之间执行CNOT运算，其中第一量子位充当控制；在第二量子位和第三量子位之间执行CNOT运算，其中第二量子位充当控制；以及对第三量子位执行第二NOT运算。

背景技术

本说明书涉及量子计算。

量子计算的一个示例模型是量子电路模型。在量子电路模型中，计算是量子门序列——对n位寄存器的量子力学模拟的可逆转换。这种模拟的结构被称为n量子位(qubit)寄存器。示例量子门包括诸如Hadamard门、Pauli X门、Pauli Y门和Pauli Z门的单量子位门，以及诸如SWAP门或受控X、Y或Z门的多量子位门。

发明内容

本说明书描述了在量子电路中执行相位运算的技术。

本说明书中描述的主题的一个创新方面可以以一种方法和构造来实施，该方法和构造用于使用以相位加状态准备的第三量子位对第一量子位和第二量子位执行相同相位运算，该方法包括：对第三量子位执行第一NOT运算；计算对第一量子位、第二量子位和第三量子位的受控加法器运算，包括在第四量子位中对受控加法器运算的结果进行编码；对第四量子位执行相位运算的平方；取消计算对第一量子位、第二量子位和第三量子位的受控加法器运算；在第一量子位和第三量子位之间执行CNOT运算，其中第一量子位充当控制；在第二量子位和第三量子位之间执行CNOT运算，其中第二量子位充当控制；以及对第三量子位执行第二NOT运算。该方法可以由包括第一量子位、第二量子位、第三量子位和第四量子位的量子计算设备来执行。

该方面的其他实施方式包括记录在一个或多个计算机存储设备上的对应的经典和/或量子计算机系统、装置和计算机程序，各自被配置成执行方法的动作。一个或多个经典或量子计算机的系统可以被配置成通过在系统上安装软件、固件、硬件或其组合来执行特定的操作或动作，这些操作或动作在运行时使得系统执行动作。一个或多个计算机程序可以被配置成通过包括指令来执行特定的操作或动作，当指令被数据处理装置执行时，使得该装置执行动作。

前述和其他实施方式可以各自可选地单独或组合地包括一个或多个以下特征。在一些实施方式中，计算受控加法器运算包括：对第一量子位、第二量子位和第三量子位执行多目标CNOT，其中第一量子位充当控制；计算第二量子位和第三量子位之间的逻辑AND运算；在第四量子位中对逻辑AND计算的结果进行编码；以及在第一量子位和第四量子位之间执行CNOT运算，其中第一量子位充当控制。

在一些实施方式中，取消计算受控加法器运算包括：对第一量子位和第四量子位执行CNOT运算，其中第一量子位充当控制；取消计算第二量子位和第三量子位之间的逻辑AND运算；以及对第一量子位、第二量子位和第三量子位执行多目标CNOT运算，其中第一量子位充当控制。

在一些实施方式中，取消计算对第一量子位、第二量子位和第三量子位的受控加法器运算；在第一量子位和第三量子位之间执行CNOT运算，其中第一量子位充当控制；在第二量子位和第三量子位之间执行CNOT运算，其中第二量子位充当控制，包括：对第一量子位和第四量子位执行CNOT运算，其中第一量子位充当控制；取消计算第二量子位和第三量子位之间的逻辑AND运算；以及对第二量子位和第三量子位执行CNOT运算，其中第二量子位充当控制；以及对第一量子位、第二量子位和第三量子位执行多目标CNOT运算，其中第一量子位充当控制。

在一些实施方式中，对第三量子位执行第二NOT运算使第三量子位返回到相位加状态。

在一些实施方式中，最初以任意初始状态准备第一量子位和第二量子位。