[发明专利]量子特征核对齐

说明书

说明性实施例提供了一种用于使用混合经典‑量子计算系统的量子特征核对齐的方法、系统和计算机程序产品。一种用于混合经典‑量子决策器训练的方法的实施例包括接收训练数据集。在实施例中，该方法包括由第一处理器从训练集中选择采样对象，每个对象由至少一个向量表示。在实施例中，该方法包括由量子处理器将量子特征映射集应用于所选择的对象，量子映射集对应于量子核集。在实施例中，该方法包括由量子处理器评估与量子特征映射集中的至少一个量子特征映射相对应的量子特征映射电路的参数集。

技术领域

本发明一般地涉及使用量子计算的量子分类器训练。更具体地说，本发明涉及一种量子特征核对齐(kernel alignment)的系统和方法，其用于使用混合经典-量子计算系统的分类器和其他量子决策系统训练。

背景技术

在下文中，除非在使用时明确区分，否则词或短语中的“Q”前缀指示该词或短语在量子计算上下文中的引用。

分子和亚原子粒子遵循量子力学的定律，量子力学是物理学的一个分支，探索物理世界如何在最基本的层面上工作。在这个层面上，粒子以奇怪的方式表现，同时呈现不止一个状态，并且与非常远的其他粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。

我们现在通常使用的计算机被称为经典计算机(本文也称为“传统”计算机或传统节点，或“CN”)。传统计算机使用传统处理器，该处理器使用半导体材料和技术、半导体存储器和磁性或固态存储设备来制造，这被称为冯诺依曼架构。特别地，传统计算机中的处理器是二进制处理器，即，对由1和0表示的二进制数据进行操作。

量子处理器(q-处理器)使用纠缠量子比特设备(本文简称“量子比特”)的独特性质来执行计算任务。在量子力学运作的特定领域，物质粒子可以以多种状态存在，例如“开”状态、“关”状态以及同时处于“开”和“关”状态。在使用半导体处理器的二进制计算限于仅限于使用开和关状态(相当于二进制码中的1和0)时，量子处理器利用这些物质的量子态来输出可用于数据计算的信号。

传统计算机以比特对信息进行编码。每一比特可以取1或0的值。这些1和0用作最终驱动计算机功能开/关的开关。另一方面，量子计算机基于量子比特，根据量子物理学的两个关键原理来操作：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子比特可以表示一个事件的可能结果之间的1和0推断。纠缠意味着叠加中的量子比特可以以非经典方式彼此关联；即，一个量子比特的状态(无论是1或0或两者)可以取决于另一个量子比特的状态，并且当两个量子纠缠时，它们包含的信息比两个单独的量子比特更多。

使用这两个原理，量子比特作为信息处理器进行操作，使得量子计算机能够以允许它们以解决使用传统计算机难以处理的某些困难问题的方式来运行。

在传统电路中，连续布置的布尔逻辑门操纵一系列比特。用于优化二进制计算的门逻辑技术是众所周知的。用于传统电路的电路优化软件旨在提高效率并降低传统电路的复杂度。用于传统电路的电路优化软件部分地通过将传统电路的整体期望行为分解成更简单的功能来运行。传统的电路优化软件更容易操纵并处理更简单的功能。电路优化软件在传统电路上生成设计元件的有效布局。因此，用于传统电路的电路优化软件显著地减少了资源需求，从而提高了效率并降低了复杂度。

说明性实施例认识到，在量子电路中，量子门操纵量子比特以执行量子计算。量子门是作用于量子比特的酉矩阵变换。由于量子比特的叠加和纠缠，量子门表示2n×2n矩阵，其中n是量子门操纵的量子比特数。说明性实施例认识到，由于矩阵变换的大小随着量子比特数呈指数增加，所以这种矩阵变换的分解迅速变得过于复杂而不能手动执行。例如，2量子位的量子计算机需要4×4的矩阵算子来表示量子门。10量子位的量子计算机需要1024×1024的矩阵算子来表示量子门。作为呈指数增加的结果，随着量子比特数的增加，手动量子逻辑门矩阵变换很快变得不可管理。

用于量子电路的电路优化取决于所选择的功能、资源要求和用于量子电路的其他设计标准。例如，量子电路通常被优化以与特定设备一起工作。

发明内容