[发明专利]量子体系基态能量估计方法及系统

权利要求书

1.一种量子体系基态能量估计方法，其特征在于，所述方法包括：

通过参数化量子线路对n个量子比特的输入量子态进行变换处理，得到所述n个量子比特的输出量子态；其中，目标量子系统的哈密顿量在所述n个量子比特的输出量子态下的能量期望值，是所述哈密顿量分解得到的k个泡利字符串的能量期望值之和，n为正整数，k为正整数；

采用神经网络对所述n个量子比特的输出量子态进行后处理，得到所述k个泡利字符串的能量期望值，并计算出所述哈密顿量的能量期望值；

以所述哈密顿量的能量期望值收敛为目标，对所述参数化量子线路的参数和所述神经网络的参数进行调整；

在所述哈密顿量的能量期望值满足收敛条件的情况下，将满足所述收敛条件的所述哈密顿量的能量期望值，确定为所述目标量子系统的基态能量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用神经网络对所述n个量子比特的输出量子态进行后处理，得到所述k个泡利字符串的能量期望值，并计算出所述哈密顿量的能量期望值，包括：

对所述神经网络对应的后处理算符做泰勒展开，得到t个泡利字符串，t为正整数；其中，所述目标量子系统的等效哈密顿量等于所述t个泡利字符串、所述目标量子系统的哈密顿量以及所述t个泡利字符串的直积；

分别测量得到所述n个量子比特的输出量子态在多个泡利字符串中的每个泡利字符串对应的测量基上的比特字符串；其中，所述多个泡利字符串的最大数量为t×t×k；

根据所述多个泡利字符串分别对应的比特字符串，计算得到所述多个泡利字符串分别对应的能量期望值；

根据所述多个泡利字符串分别对应的能量期望值，计算所述哈密顿量的能量期望值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用神经网络对所述n个量子比特的输出量子态进行后处理，得到所述k个泡利字符串的能量期望值，并计算出所述哈密顿量的能量期望值，包括：

对于所述k个泡利字符串中的目标泡利字符串，采用所述目标泡利字符串对应的测量线路，对所述n个量子比特的输出量子态执行与所述目标泡利字符串相对应的变换处理，得到变换后的输出量子态；

测量得到所述变换后的输出量子态在指定测量基上的比特字符串；

通过所述神经网络根据所述比特字符串，输出用于计算所述目标泡利字符串的能量期望值的元数据；

根据所述元数据计算得到所述目标泡利字符串的能量期望值；

根据所述k个泡利字符串的能量期望值计算所述哈密顿量的能量期望值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述目标泡利字符串对应的测量线路包括除符号量子比特之外的非符号量子比特对应的量子门，以使得所述非符号量子比特在同一种测量基上进行测量；其中，所述符号量子比特是所述n个量子比特中与所述目标泡利字符串中的一个目标泡利算符对应的量子比特，所述符号量子比特对应的测量基根据所述符号量子比特在所述目标泡利字符串中对应的泡利算符确定。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述同一种测量基为第一泡利算符对应的测量基，所述目标泡利算符为第二泡利算符或第三泡利算符；其中，所述第一泡利算符、所述第二泡利算符和所述第三泡利算符互不相同，且对于所述第一泡利算符、所述第二泡利算符和所述第三泡利算符中的任一泡利算符，是泡利X算符、泡利Y算符和泡利Z算符中的一个。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

在所述非符号量子比特在所述目标泡利字符串中对应泡利X算符的情况下，所述非符号量子比特对应的量子门为双比特控制X门；或者，

在所述非符号量子比特在所述目标泡利字符串中对应泡利Y算符的情况下，所述非符号量子比特对应的量子门为双比特控制Y门；或者，

在所述非符号量子比特在所述目标泡利字符串中对应泡利Z算符的情况下，所述非符号量子比特对应的量子门为双比特控制Z门。