[发明专利]一种基于量子计算的原子核模拟方法和装置

说明书

本发明实施例提供了一种基于量子计算的原子核模拟方法和装置，该方法包括：确定出原子核壳模型中原子核对应的哈密顿算符；根据所述哈密顿算符，设置第一量子线路；获取原子核的第一量子态，根据第一量子态,运行第一量子线路,得到第二量子态,其中，所述第二量子态相比于所述第一量子态更接近所述原子核的基态。

技术领域

本发明涉及量子计算和原子核模拟领域，尤其涉及一种基于量子计算的原子核模拟方法和装置。

背景技术

原子核是亚原子物质结构的一种重要层次。原子核物理是于19世纪末建立起来的研究物质微观结构的一种分支学科。核能的释放可以为人类社会提供了可观的新能源，原子核物理目前是一个国际竞争激烈的科技领域。原子核结构的研究具有重要意义。

传统的基于经典计算机和VQE量子算法，进行原子核模拟的方法，可以达到获取原子核基态和基态能量的目的。但是，这些方法往往计算的复杂度太高，尤其是对于重原子核的模拟中需要过多的计算资源，在实际生产场景中，往往难以实现。

因此，需要一种新的原子核模拟方法。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于量子计算的原子核模拟方法和装置，相较于基于经典计算机的原子核模拟方法，该方法可以显著降低原子核模拟中的计算复杂度，从而大大降低原子核模拟消耗的计算资源。

本发明的实施例提供一种基于量子计算的原子核模拟方法，所述方法包括：

确定出原子核壳模型中原子核对应的哈密顿算符；

根据所述哈密顿算符，设置第一量子线路；

获取原子核的第一量子态，根据第一量子态,运行第一量子线路,得到第二量子态,其中，所述第二量子态相比于所述第一量子态更接近所述原子核的基态。

优选地，所述方法还包括，测量所述第二量子态上的哈密顿量的期望值,得到所述原子核的基态能量。

优选地，所述第一量子态，基于二次量子化和Jordan-Wigner变换获得。

优选地，所述第一量子态为Hartree-Fock态。

优选地，所述根据所述哈密顿算符，设置第一量子线路，包括：

设置辅助系统和工作系统，所述工作系统和辅助系统分别包括若干比特；

确定出辅助系统的若干计算基本征态；

根据所述哈密顿算符和预设的迭代步长，确定与所述若干计算基本征态分别对应的若干第一权重，以及与所述若干计算基本征态分别对应的若干酉量子门。

优选地，所述运行第一量子线路,得到所述第二量子态，包括：

将所述辅助系统制备为所述若干计算基本征态的叠加态，在所述叠加态中，各个计算基本征态的权重分别为对应的所述第一权重；

将工作系统制备为所述第一量子态；

根据所述辅助系统的状态，对所述工作系统施加所述若干酉量子门操作；

对辅助系统中每个量子比特施加Hardmard门；

测量辅助系统的状态，当其处于|0〉状态时，读取工作系统的量子末态，获得第二量子态。

优选地，所述酉量子门为泡利门。

第二方面，提供一种基于量子计算的原子核模拟装置，所述装置包括：

哈密顿量获取单元，配置为，确定出原子核壳模型中原子核对应的哈密顿算符；

量子线路设置单元，配置为，根据所述哈密顿算符，设置第一量子线路；