[发明专利]一种低复杂度的量子线路模拟系统

摘要

本发明公开了一种低复杂度的量子线路模拟系统，属于量子计算领域，克服了现有技术中量子线路模拟存储空间过大、计算时间过长的技术问题。本发明的系统包括输入模块、存储模块和输出模块，存储模块对数据的存储过程如下：(1)建立数学模型，表征量子态与量子逻辑门操作；(2)对量子比特进行分组，将量子比特的编号重排；(3)对总的操作矩阵U₀降阶，计算输出态。本发明利用量子逻辑门隐含的内在规律直接对量子态矢量的矩阵元进行操作，同时，这一方法还具有可扩展性，在未来可以使用超级计算机模拟位数更多的量子计算机。

主权项

一种低复杂度的量子线路模拟系统，包括输入模块、数据处理模块和输出模块，其特征在于，所述的数据处理模块对数据的处理过程如下：(1)建立数学模型，表征量子态与量子逻辑门操作对于单量子比特，数学模型为一个1*2的复向量；对于N个量子比特，通过直积运算得到1*2^N的复向量；利用两个1*2^N维的向量，分别存储量子态的实部与虚部，以任意给定量子逻辑门U以及操作的比特编号，表征相应的量子逻辑门；(2)对量子比特进行分组，将量子比特的编号重排根据量子比特是否为控制比特或受控比特作为判断条件，将量子比特分为两组：不是控制或受控比特的量子比特记为循环比特，控制或受控量子比特记为操作比特；将所有的操作比特的编号排在循环比特的后面，按照此编号对存储量子态的向量及总的操作矩阵U₀重新排列，所述总的操作矩阵U₀是每一个量子比特对应的量子逻辑门的矩阵形式的直积，循环比特对应的量子逻辑门的矩阵形式为单位矩阵；(3)对总的操作矩阵U₀降阶，计算输出态利用重新排布后的总的操作矩阵U₀中矩阵元排布的规律，将2^N*2^N的矩阵乘法，降阶为2^N‑m个2^m*2^m的矩阵乘法，完成数据处理过程；其中，m为给定量子逻辑门的维度，对于单量子比特逻辑门，m＝1，对于两量子比特逻辑门，m＝2，以此类推。