[发明专利]一种用于量子信息编码的方法

说明书

本发明公开了一种用于将经典信息编码到量子态上的方法,包括(1)将Nyquist采样后得到的离散信号进行数据压缩；(2)将压缩后的数据按照要求编码到选定的量子基上；(3)按照理论流程设计量子线路，实现量子信息编码线路的制定；(4)将量子信息编码线路用ZX计算进行简化还原操作，化简量子线路；(5)初始量子态|0…00经过简化量子信息编码线路制备出编码后量子态，并计算保真度F。本发明量子信息编码的方法，综合了ZX计算改写、简化规则和还原回量子线路方法，可以实现将经典信息编码到量子态上，并且该方法具有通用性，且优化了线路结构，可以提高量子信息编码的简便性和高效性。

技术领域

本发明属于量子计算和量子线路优化领域，尤其涉及一种用于量子信息编码的方法。

背景技术

量子信息编码是将经典采样后的信号编码到量子基上的过程，由于经典信号包括整个实数域，所以量子信息编码要实现将量子基的幅度任意改变，包括正负符号。量子信息编码的准确程度可以用保真度来描述，保真度定义是0≤F(ρ,σ)≤1，其中ρ和σ分别是两个量子态的密度矩阵，若两个量子态都是纯态，保真度可简化为F(ρ,σ)＝|ψρ|ψσ|²。

在进行量子信息编码的过程中，从初始态|0…0到任意量子态制备的通用方法是一个关键点，现有技术有只针对幅度是正数的量子态制备方法，也有为了降低线路复杂度的机器学习方法，且方法不是单独针对实数信号的量子信息编码的通用方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于量子信息编码的方法,以解决现有技术中存在没有针对实数信号通用的量子信息编码方法及原量子编码线路深度较深的不足的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：

一种用于量子信息编码的方法，实现量子信息编码线路并使用ZX计算简化线路，包括如下步骤：

步骤1、将Nyquist(奈奎斯特)采样后得到的离散信号进行数据压缩；

步骤2、将压缩后的数据按照用户的使用要求编码到选定的量子基上；

步骤3、按照流程设计量子线路，实现量子信息编码线路的制定；

量子信息编码线路的制定方法步骤为：

步骤3.1、数据压缩后的离散信号，按照模方和的算术平方根进行归一化；

步骤3.2、将归一化后的信息编码到量子比特的幅度和相位上得到需要制备量子态；

步骤3.3、将需要制备量子态书写成条件概率的形式；

步骤3.4、根据量子态的条件概率的形式,计算量子比特前系数；

步骤3.5、将量子比特前系数展开成二进制小数形式；

步骤3.6、通过辅助量子比特实现将辅助比特代表的数值编码到目标量子比特的幅度相位上；

步骤4、将量子信息编码线路用ZX计算进行简化和还原操作，化简量子线路；

步骤5、初始量子态|0…00经过简化量子信息编码线路制备出编码后量子态，并计算保真度F。

进一步的，步骤1中将采样后的离散信息进行经典数据的压缩。

进一步的，所述步骤4中将量子编码线路重写为ZX图的规则如下：

步骤4.1.1、ZX图是灰白连线图，其中灰点表示单比特X旋转门，相位标记在圆点内部；白点表示单比特Z旋转门，相位标记在圆点内部；此外，白色的方框表示Hadamard(哈达玛门)；

步骤4.1.2、量子线路转换为ZX图中，原先的连线保持不变，将原先的量子门转换为ZX图中的节点表示；