[发明专利]一种计入光子损失的玻色采样仿真方法、系统及介质

说明书

本发明提供了一种计入光子损失的玻色采样仿真方法、系统及介质，涉及量子通信技术领域，该方法包括：等效光学网络构造方法：产生对应计入光子损失的光学网络的等效幺正矩阵；输出模式概率分布求解方法：通过计算所述等效幺正矩阵的子矩阵积和式，产生计入光子损失的玻色采样输出模式概率分布仿真结果。本发明能够得到计入光子损失的玻色采样输出模式概率分布。

技术领域

本发明涉及量子通信技术领域，具体地，涉及一种计入光子损失的玻色采样仿真方法、系统及介质。

背景技术

玻色采样经典仿真是研究玻色采样机的重要环节，对玻色采样高效精准仿真结果有助于了解玻色采样机实现“量子优势”的阈值，并对玻色采样机在采样过程中可能产生的误差进行有效评估。玻色采样机的两个主要误差来源包括：输入光子非全同和光子损失。其中，光子损失可能发生在光子源、光学网络以及光探测器处，对输出模式的概率分布产生直接影响，引起误差。术语解释：量子优势：在解决规模化的特定问题上，量子计算机的计算速度明显快于最高算力的传统计算机，形成的优势。光学网络：由一系列光学元件，如分束器、相移器等组成的光路，或者通过激光直写技术得到的光学芯片。玻色采样：将全同光子注入到光学网络中发生多光子干涉，产生符合特定概率分布的输出模式的量子过程。光子损失：光子在光子源、光学网络、光探测器处发生损失的情况。

现有的较为成熟的计入光子损失的玻色采样仿真方案主要考虑的是固定个数的光子损失情况。对于输入光子数为n，输出光子数为t(tn)的玻色采样过程，其输出模式相对概率可以表示为：

其中σ遍历总光子数为t的输入模式的全排列。

针对上述现有技术，该方案适合模拟固定光子损失实验，但不能模拟更加符合真实物理场景的玻色采样。在实际实验中，光子经过每一个光学元件都有可能发生损失，生成的输出模式中的光子个数并不固定，该方案并不足以让实验人员了解在光子发生损失情况下，所得到的包含原始光子个数的输出模式的概率误差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种计入光子损失的玻色采样仿真方法、系统及介质，能够得到计入光子损失的玻色采样输出模式概率分布。

根据本发明提供的一种计入光子损失的玻色采样仿真方法、系统及介质，所述方案如下：

第一方面，提供了一种计入光子损失的玻色采样仿真方法，所述方法包括：

等效光学网络构造方法：产生对应计入光子损失的光学网络的等效幺正矩阵；

输出模式概率分布求解方法：通过计算所述等效幺正矩阵的子矩阵积和式，产生计入光子损失的玻色采样输出模式概率分布仿真结果。

优选的，所述等效光学网络构造方法包括：

等效光学基础单元构造方法：在由一个原始分束器和一个原始相移器构成的双光路光学基础单元中，通过引入两路各包含一个等效分束器的光路构成包含四条光路的等效光学基础单元，并产生所述等效光学基础单元对应的矩阵；

利用等效光学基础单元构造等效光学网络方法：将所述等效光学基础单元按照原始光学基础单元的构造顺序进行排列，形成等效光学网络，并将所述等效光学基础单元对应矩阵按照所述等效光学基础单元的排列顺序进行相乘，得到所述等效光学网络对应幺正矩阵。

优选的，所述输出模式概率分布求解方法包括：

扩展输入/输出模式对应向量的坐标空间，使其维度与所述等效光学网络对应矩阵维度相同；

利用扩展的输入/输出模式对应向量，得到所述等效光学网络对应的子矩阵；

通过计算子矩阵积和式得到等效输出模式概率分布，该等效输出模式概率分布即为计入光子损失的输出模式概率分布。

第二方面，提供了一种计入光子损失的玻色采样仿真系统，所述系统包括：