[发明专利]用于估计量子态保真度的方法、装置、电子设备和介质

说明书

本公开的实施例公开了用于估计量子态保真度的方法、装置、电子设备和介质。该方法的一具体实施方式包括：获取待估计量子态保真度所涉及的第一量子态和第二量子态，其中，该第一量子态和第二量子态对应的秩不大于预设阈值；将该第一量子态进行维度压缩，生成降维后的量子态；生成该降维后的量子态对应的本征向量；基于该本征向量和该维度压缩的方式构造新的量子态；基于该新的量子态和该第二量子态之间的对应关系，生成该待估计量子态保真度。该实施方式实现了在多项式时间内较为准确地估计出比现有技术适用的维度更高的量子态保真度。

技术领域

本公开的实施例涉及计算机技术领域，具体涉及用于估计量子态保真度的方法、装置、电子设备和介质。

背景技术

随着量子计算的飞速发展，量子态的保真度(quantum fidelity)的测量成为评估量子计算机性能的重要指标。然而，由于计算量子态的保真度的计算复杂度会随着量子比特数的线性增加呈指数增长趋势。近期研究表明，即使是在合理误差内估算两个低秩量子态的保真度对于经典计算机也是指数困难的。在量子制造技术飞速发展的今天，如何评估这些量子设备的性能成为了十分棘手的问题。

现有技术中，用于估计低秩量子态的保真度的方法之一是先采用量子态层析(quantum tomography)的技术将量子态的信息全部或部分读取到经典计算机中再加以分析。然而这类技术的弊端在于运算复杂度指数依赖于量子比特数，基本不适用于30量子比特以上的量子态保真度估计。随着现有50量子比特以上的量子计算机的成功制造，如何评估更大量子比特(例如2⁵⁰×2⁵⁰大小)的量子态保真度成为了学术界和工业界十分关注的问题。

发明内容

本公开的实施例提出了用于估计量子态保真度的方法、装置、电子设备和介质。

第一方面，本公开的实施例提供了一种用于估计量子态保真度的方法，该方法包括：获取待估计量子态保真度所涉及的第一量子态和第二量子态，其中，第一量子态和第二量子态对应的秩不大于预设阈值；将第一量子态进行维度压缩，生成降维后的量子态；生成降维后的量子态对应的本征向量；基于本征向量和维度压缩的方式构造新的量子态；基于新的量子态和第二量子态之间的对应关系，生成待估计量子态保真度。

在一些实施例中，上述将第一量子态进行维度压缩，生成降维后的量子态，包括：将第一量子态输入至预先训练的量子态压缩模型，生成与第一量子态对应的降维后的量子态，其中，量子态压缩模型基于梯度下降法训练得到。

在一些实施例中，上述生成降维后的量子态对应的本征向量，包括：利用量子态层析技术将降维后的量子态发送至目标设备，以使目标设备基于谱分解(spectraldecomposition)技术生成降维后的量子态对应的本征向量和本征值；从目标设备获取降维后的量子态对应的本征向量和本征值。

在一些实施例中，上述基于本征向量和维度压缩的方式构造新的量子态，包括：利用预先训练的量子态压缩模型和降维后的量子态对应的本征向量构造出与降维后的量子态对应的至少一个新的量子态，其中，至少一个新的量子态用以与第二量子态作用以生成作用矩阵。

在一些实施例中，上述基于新的量子态和第二量子态之间的对应关系，生成待估计量子态保真度，包括：基于新的量子态和本征值，生成新的量子态与第二量子态之间的作用矩阵；根据作用矩阵，生成待估计量子态保真度。

第二方面，本公开的实施例提供了一种用于估计量子态保真度的装置，该装置包括：获取单元，被配置成获取待估计量子态保真度所涉及的第一量子态和第二量子态，其中，第一量子态和第二量子态对应的秩不大于预设阈值；压缩单元，被配置成将第一量子态进行维度压缩，生成降维后的量子态；生成单元，被配置成生成降维后的量子态对应的本征向量；构造单元，被配置成基于本征向量和维度压缩的方式构造新的量子态；估计单元，被配置成基于新的量子态和第二量子态之间的对应关系，生成待估计量子态保真度。