[发明专利]用于量子计算机器的硬件高效的变分量子本征值求解器

权利要求书

1.一种用于使用包括多个量子比特的量子计算机来生成用于变分量子本征值求解器VQE的试探状态的系统，包括：

包括计算机可执行指令的存储器设备；以及

处理器，与存储器耦合并且被配置为执行所述计算机可执行指令以使用所述量子计算机生成用于所述VQE的试探状态，所述生成包括：

针对特定试探状态，选择要从量子比特捕获的样本的数量S，所述样本包括量子比特状态的测量；

将哈密顿量映射到所述量子计算机的量子比特；

使用任意单量子比特旋转和纠缠器操作的交错序列来在所述量子计算机中设置纠缠器，所述纠缠器定义所述量子计算机的至少量子比特子集之间的纠缠相互作用；

在与所述哈密顿量中的泡利项相关联的后旋转之后，从所述量子计算机读出所述量子比特状态，所述量子比特状态表示所述泡利项的期望值，并且所述读出是针对所选择的数量S个样本执行的；

使用所述哈密顿量中的所述泡利项的测得的期望值来计算估计能量状态；以及

响应于所述估计能量状态未以预期能量状态收敛，计算用于所述VQE的新试探状态，并且迭代以使用所述新试探状态来计算估计能量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中试探状态的生成还包括：

选择更新用于所述VQE的试探状态所达到的迭代的数量N；

计算用于所述VQE的新试探状态，并且迭代以使用所述新试探状态来计算估计能量达到所选择的N次迭代；以及

响应于在所选择的N次迭代之后所述估计能量状态未以所述预期能量状态收敛，递增所选择的样本的数量S和所选择的迭代的数量N。

3.根据权利要求2所述的系统，其中试探状态的生成还包括：

响应于在所选择的N次迭代之后所述估计能量状态未以所述预期能量状态收敛，递增与所述量子计算机相关联的深度d，所述深度d指示用于设置试探状态的纠缠器的数量。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述纠缠器是使所述量子计算机中的量子比特纠缠的门的序列。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述纠缠器中和所述单量子比特旋转中的门使用并行化来操作以用于试探状态制备。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中，使用微波脉冲实现的唯一的单量子比特旋转组被用于属于相同张量积基组的多个哈密顿量项的测量。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，其中试探状态的生成还包括：

在量子比特状态的每次读出之后重置所述量子计算机的量子比特，所述重置包括向所述量子计算机发送重置脉冲。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统，试探状态是使用通过波形、幅度和时间来参数化的微波脉冲来制备的。

9.一种用于使用包括多个量子比特的量子计算机来生成用于变分量子本征值求解器VQE的试探状态的方法，所述生成包括：

针对特定试探状态，选择要从量子比特捕获的样本的数量S，所述样本包括量子比特状态的测量；

将哈密顿量映射到所述量子计算机的量子比特；

在所述量子计算机中设置纠缠器，所述纠缠器定义所述量子计算机的至少量子比特子集之间的纠缠相互作用，所述设置使用任意单量子比特旋转和纠缠器操作的交错序列；

在与泡利项相关联的后旋转之后，从所述量子计算机读出量子比特状态的测量，所述读出是针对所选择的数量S个样本执行的；

使用所述泡利项的测量来计算估计能量状态；以及

响应于所述估计能量状态未以预期能量状态收敛，计算用于所述VQE的新试探状态，并且迭代以使用所述新试探状态来计算估计能量。