[发明专利]一种容错实现通用量子计算的方法

摘要

本发明涉及量子信息领域，具体公开一种容错实现通用量子计算的方法，首先获取较多数目的非稳定子态cosθi|0>+sinθi|1>；以这些非稳定子态cosθi|0>+sinθi|1>为辅助态，经过Clifford群中的操作，容错实现Non‑Clifford门，进而实现通用量子计算。采用该方法确保量子计算具有可靠性的处理系统，并提高了运算速度。本方法涉及用容错方式实现Non‑Clifford门进而克服量子消相干问题达到通用量子计算的方法；使得容错通用门集中的Non‑Clifford门更为稠密，使完成量子计算目标时所需消耗时间更短资源更少。

主权项

一种容错实现通用量子计算的方法，其特征在于，首先获取较多数目的非稳定子态cosθi|0>+sinθi|1>；以这些非稳定子态cosθi|0>+sinθi|1>为辅助态，经过Clifford群中的操作，容错实现Non‑Clifford门，进而实现通用量子计算；所述非稳定子态cosθi|0>+sinθi|1>的获取方式为:1)全部以魔幻态H0为输入态，经过相应Clifford群中的反向受控非，Hardmard门，以及Pauli基中的测量，得到系列非稳定子态；以为输入态，输入三份|H0〉，经过相应Clifford操作反向受控非以及Hardmard门以及Pauli Z基下测量输出非稳定子态其中具体输入三份|H0〉，然后执行相应的和操作到相应的输入态上测量得到非稳态子态输入四份|H0>，执行反向受控非，Hardmard门，在Pauli Z基下测量测量输出非稳定子态2)以系列，Tj系列为初始输入，经过仅一个反向受控非的操作，以及Pauli Z基下的测量，输出系列非稳定子态；选择不同输入态，经过一个反向受控非，在Pauli Z基下测量第一个量子比特，根据不同的测量结果，得到相应不同的非稳定子态；以下分析讨论不同输入情况下的输出：A.输入两个|H0>＝cosθ0|0〉+sinθ0|1〉,当测量结果为0时，得到输出|H1>，设输入分别为|H0>和|Hj>，|Hj〉＝cosθj|0>+sinθj|1>,tanθj＝tanj+1θ0，根据测量结果0或1，输出结果分别为|Hj+1>或|Hj‑1>；假设通过连续地应用这一线路，将会得到一系列含有θ＝arctan xn,n＝1,2…这些角度的态；B.与|Hj>相似，定义tanθj＝tanj+1θ0,开始将两个|T0>作为输入，接着输入|T0〉，|Tn>，不断应用，得到一系列输出|Tj〉，分析|Tj>，得到结论：j＝4n+1(n＝0,1,2…)时，|Tj〉＝cosθj|0>±isinθj|1>；由此需要Z或者ZK作用到该量子态上，以得到目标态cosθj|0>+sinθj|1>；j＝4n+3(n＝0,1,2…)时，|Tj>＝cosθj|0>±sinθj|1>；符号为正时不需要任何操作，为负时Pauli Z门作用其上就可以得到cosθj|0>+sinθj|1>；假设顺次改变输入，重复实施该线路操作，就可以输出一系列具有角度θ＝arctanyn,n＝1,2…的非稳定子态；C.考虑态，假设那么输出为θ＝arctanzn,n＝1,2…的非稳定子态；同理，输入也会得到相应不同的输出；D.如果设置输入态分别为|Hj>和|Tj>，当测量结果为0，将会获得输出θ＝arctan(xm·yn),m＝1,2…,n＝1,2…而当测量结果为1时，得到θ＝arctan(xm·yn),m＝1,2…,n＝1,2…；改变不同的输入，可以得到不同角度非稳定子态的输出；3)以上述任意两个非稳定子态为输入，经过Clifford群中的操作，得到输入角度相加减的非稳定子态；考虑两个具有特殊形式的非稳定子态cosθi|0>+sinθi|1>和cosθj|0>+sinθj|1>，这里是两个可以收获具有相同形式的具有θi和θj相减或相加角度的非稳定子态，制备输入态执行所需的在Z基下测量第一个量子比特，测量结果为0时得到：制备输入态之后经过受控Z，反向受控非，反向受控Z，hadamad门，反向受控非门的一系列Clifford门，在Z基下测量第一个量子比特， 测量结果为0时得到输出：