[发明专利]快速量子和典型相位估计

说明书

背景

量子算法允许计算加速超过其典型对应物。量子相位估计是量子算法中使用的技术，包括用于量子化学(参见A.Aspuru-Guzik、A.D.Dutoi、P.J.Love和M.Head-Gordon，Science(科学)309，1704(2005)以及B.P.Lanyon、J.D.Whitfield、G.G.Gillet、M.E.Goggin、M.P.Almeida、I.Kassal、J.D.Biamonte、M.Mohseni、B.J.Powell、M.Barbieri、A.Aspuru-Guzik和A.G.White、Nature Chemistry(自然化学)2，106，2008，arXiv：0905.0887)以及量子场理论(参见S.P.Jordan，K.S.M.Lee和J.Preskill，″Quantum computation of scattering in scalar quantum field theories(标量量子场理论中的散射的量子计算)″，(2011)，arXiv：1112.4833)的算法、用于质因数分解的Shor算法(参见P.Shor，SIAM Journal of Computing(SIAM计算期刊)26，1484(1997))以及用于量子采样的算法(参见M.Ozols、M.Roetteler和J.Roland，3rd Innovations in Theoretical Computer Science Conference(第三届理论计算机科学创新会议)(ITCS)，(ACM，2012)pp.290{308，arXiv：1103.2774，以及K.Temme、T.Osborne、K.Vollbrecht、D.Poulin和F.Verstraete，Nature(自然)471(2011)，10.1038/nature(自然)09770，arXiv：0911.3635)。量子相位估计也可用于高效地找出酉矩阵的本征值。

附图简述

参考附图来描述具体实施方式。在附图中，附图标记最左边的数字标识该附图标记首次出现的附图。不同附图中的相同参考标记指示相似或相同的项。

图1是可用于估计相位的说明性环境的示意图。

图2是用于估计量子相位的说明性电路的示意图。

图3是用于估计量子相位的另一说明性电路的示意图。

图4是用于估计量子相位的另一说明性电路的示意图。

图5是用于估计量子相位的又一说明性电路的示意图。

图6是用于估计相位和/或用于量子相位估计的典型后处理的说明性非量子计算设备的示意图。

详细描述

概览

本公开描述了用于基于基本测量和典型后处理来执行量子相位估计的技术。这些技术可使用涉及多次测量的纯随机测量，该多次测量可以取决于常数因子而是最优的，即使以指数级典型后处理为代价。该技术还可用于改进典型信号处理。讨论用于产生运行时中的渐进式改进的相位估计的量子技术，并且在某些情况下，该量子技术在最少次数的所需测量的因子log*内的范围内，同时仍然利用最少的典型后处理。相应的量子电路比先前的量子相位估计电路提供了渐进更低的深度和宽度(量子比特的数量)。

本公开包括以下各节：章节A描述了用于执行量子相位估计的示例环境；以及章节B描述了用于基于基本测量和典型后处理的量子相位估计的示例框架。

本文所述的过程和系统可以以多种方式实现。以下参照附图提供示例实现方式。

A：说明性环境

图1是可用于执行量子相位估计的示例环境100的示意图。环境100包括量子计算系统102以及非量子计算设备104。非量子计算设备104可以是数字计算系统。

量子计算系统102可包括量子处理器/存储器106以及输入/输出设备108。输入/输出设备108可包括尤其用于读取和设置量子处理器/存储器106中的量子比特的状态的干涉仪和其他设备，并且可包括用于与非量子计算设备104对接的设备。