[发明专利]多指数误差外推法

说明书

一种在使用量子计算机时减少误差的方法，包括：S101，多次对量子位的状态执行第一运算21；其中第一运算21具有第一误差率32；S102，获得量子位的平均状态的第一测量；S103，将量子计算机的误差率从第一误差率32修改为第二误差率34；S104，多次对量子位的状态执行第二运算23；其中第二运算23具有第二误差率34；S105，获得量子位的平均状态的第二测量；S106，将量子计算机的误差率从第二误差率修改为第三误差率；S107，多次对量子位的状态执行第三运算；其中第三运算具有第三误差率；S108，获得量子位的平均状态的第三测量；S109，将量子计算机的误差率从第三误差率修改为第四误差率；S110，多次对量子位的状态执行第四运算；其中第四运算具有第四误差率；S111，获得量子位的平均状态的第四测量；S112，将第一、第二、第三和第四测量拟合到多指数衰变曲线35；以及S113，使用所拟合的曲线35来外推第五误差率37处的量子位的平均状态，其中第五误差率37低于第一、第二、第三和第四误差率。

技术领域

本发明涉及量子计算中的误差减少技术。

背景技术

量子计算机可用于计算“可观测量”，即系统的属性。为了测量可观测量，可以在对量子位执行量子运算序列之后测量量子位的输出态。相同的量子运算序列通常重复多次，并且可以计算测量的输出态的平均值来估计可观测量的期望值。

然而，对量子位执行的量子运算序列受限于误差，因此估计的期望值受限于误差。量子计算的目的是减少甚至消除这些误差。然而，对不久的将来的量子设备或嘈杂中型量子(NISQ)时代的量子设备的更现实的方法是旨在使用分析方法来减少这些误差。通过这种方式，可以估计可观测量的无误差或无噪声的期望值。

误差减少技术使用额外的测量来从噪声测量结果中提取无噪声的期望值。使用的一种误差减少技术是误差外推法。在这种技术中，通过硬件的物理控制来人为地提高噪声水平，并测量期望值并将其绘制为噪声函数。期望值随噪声的增加而变化，遵循一种趋势。可以通过将测量与该趋势拟合并外推以确定无误差量子计算的期望值来估计无噪声值。

趋势的形式很重要，因为这将影响估计。开发能够提高估计精度的技术是可期望的。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种使用量子计算机时减少误差的方法。该方法包括：多次对量子位的状态执行第一运算；其中第一运算具有第一误差率；获得量子位的平均状态的第一测量；将量子计算机的误差率从第一误差率修改为第二误差率；多次对量子位的状态执行第二运算；其中第二运算具有第二误差率；获得量子位的平均状态的第二测量；将量子计算机的误差率从第二误差率修改为第三误差率；多次对量子位的状态执行第三运算；其中第三运算具有第三误差率；获得量子位的平均状态的第三测量；将量子计算机的误差率从第三误差率修改为第四误差率；多次对量子位的状态执行第四运算；其中第四运算具有第四误差率；获得量子位的平均状态的第四测量；将第一、第二、第三和第四测量拟合到多指数衰变曲线；以及使用所拟合的曲线来外推第五误差率处的量子位的平均状态，其中第五误差率低于第一、第二、第三和第四误差率。

这种方法的一个优点是改进了误差减少。多指数衰变曲线的使用提供了对无噪声可观测量的准确估计。特别地，该估计通常比使用诸如单一指数衰变曲线等可替代方法获得的估计更准确。第五误差率低于第一、第二、第三和第四误差率中的每一个。

优选地，多指数衰变曲线是K个指数曲线的和，其中K≥2。每一条衰变曲线可以具有不同的衰变率。优选地，用于拟合所获得的测量的多指数衰变曲线具有下列形式：此处，E为量子位的平均状态，n为误差率，以及A_k和γ_k为拟合参数。优选地，误差率是当执行运算时预期发生的误差数。多指数衰变曲线的形式表明随着误差率n增加，期望值、量子位的平均状态以指数方式减少。