[发明专利]一种量子线路的构建方法及装置

说明书

本发明公开了一种量子线路的构建方法及装置，方法包括：获得N*N维矩阵A和N维向量b；获得包括辅助量子比特、第一量子比特、第二量子比特的若干量子比特，其中，辅助量子比特和第一量子比特的初态置为|0，第二量子比特的初态置为bsubgt;j/subgt;为向量b的第j个元素；确定矩阵A对应的酉矩阵U，将矩阵U分解成r个携带受控信息的单量子逻辑门对应的酉矩阵；输出包含r个携带受控信息的单量子逻辑门的子量子线路,根据子量子线路和各量子比特及其初态，构建HHL算法对应的量子线路。利用本发明实施例，能够减少量子线路复杂度，提高量子线路的模拟效率，同时减少硬件资源的占用。

技术领域

本发明属于量子计算技术领域，特别是一种量子线路的构建方法及装置。

背景技术

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机因其具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，例如，能将破解RSA密钥的时间从数百年加速到数小时，故成为一种正在研究中的关键技术。

量子计算模拟是一个借助数值计算和计算机科学来仿真遵循量子力学规律的模拟计算，作为一个仿真程序，它依据量子力学的量子比特的基本定律，利用计算机的高速计算能力，刻画量子态的时空演化。

目前，量子算法如HHL算法通常由量子线路实现，量子线路包括量子逻辑门操作和测量操作等等。HHL算法因其在解线性方程组时的指数级加速效果，成为重要的量子算法之一，但在解决实际问题过程中，如何构建实现HHL算法的量子线路，并实现高效运行，是一个非常普遍且困难的问题。现有的解决方法大多处于理论阶段，限制了在实际应用环境中的应用范围。例如，基于GLOA（Group Leaders Optimization Algorithm）进行矩阵分解的HHL算法的量子线路，其包含的量子逻辑门数量和种类较多，线路复杂度较高，导致量子线路的模拟效率较低，且对硬件资源的占用较多，实际应用价值不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种量子线路的构建方法及装置，以解决现有技术中的不足，它能够减少HHL算法对应的量子线路的计算量，提高量子线路的模拟效率，同时减少硬件资源的占用。

本申请的一个实施例提供了一种量子线路的构建方法，包括：

获得N*N维矩阵A和N维向量b，其中，所述矩阵A为可逆矩阵，所述N=2ⁿ, 所述n为正整数；

获得包括辅助量子比特、第一量子比特、第二量子比特的若干量子比特，其中，所述辅助量子比特和所述第一量子比特的初态置为|0，所述第二量子比特的初态置为，所述为所述向量b的第j个元素；

确定所述矩阵A对应的酉矩阵U，将所述矩阵U分解成个携带受控信息的单量子逻辑门对应的酉矩阵；其中，满足，所述为第i个携带受控信息的单量子逻辑门对应的酉矩阵，，所述，所述为阶单位矩阵;

输出包含所述个携带受控信息的单量子逻辑门的子量子线路,根据所述子量子线路和各量子比特及其初态，构建HHL算法对应的量子线路。

可选的，所述确定所述矩阵A对应的酉矩阵U，包括：

若所述矩阵A为酉矩阵，则将所述矩阵A直接确定为对应的酉矩阵U；

若所述矩阵A为厄米矩阵，确定对应的酉矩阵；其中，所述t为常量；

若所述矩阵A为非厄米矩阵且非酉矩阵，确定对应厄米矩阵，以确定对应的酉矩阵,同时将所述向量b转换为。

可选的，所述将所述酉矩阵分解成个携带受控信息的单量子逻辑门对应的酉矩阵，包括：

确定所述酉矩阵中对角元素下方的、待置0的非对角元素的排序；