[发明专利]估计物理系统的能级

权利要求书

1.一种用于使用量子计算机来确定物理系统的至少一个未知能级的方法，其中所述物理系统能够处于多个本征态中的任一个，所述物理系统的每个相应本征态具有对应能级，所述方法包括执行迭代优化程序，其中所述优化程序的每次迭代包括：

使用量子门的第一布置来准备第一拟设试验状态，所述第一拟设试验状态具有取决于试验状态变量的第一状态能量，

执行能量估计例程以确定并输出与所述第一拟设试验状态能量的估计值相关联的值；

执行重叠估计例程以确定并输出对应于或基于所述第一拟设试验状态的第一准备状态和对应于或基于已知状态的第二准备状态之间的重叠程度；

基于所述能量估计例程和所述重叠估计例程的所述输出确定优化函数的值；以及

更新所述试验状态变量；

所述方法进一步包括执行所述优化程序的迭代直到达到停止准则，并输出所述至少一个未知能级的值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述试验状态变量是根据所述优化程序更新的，并且任选地，其中所述试验状态变量是基于所述优化函数的所确定的值更新的。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述已知状态表示所述物理系统的已知状态，并且任选地，其中所述已知状态具有对应于所述物理系统的至少一个已知能级的能量。

4.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述停止准则基于所述至少一个未知能级的所述确定中的期望准确度。

5.根据任一前述权利要求所述的方法，其进一步包括确定已达到所述停止准则，其中确定已达到所述停止准则包括以下中的至少一个：

确定已达到所述至少一个未知能级的所述确定中的期望准确度；

确定已达到迭代的阈值数目，迭代的所述阈值数目是基于所述至少一个未知能级的所述确定中的期望准确度进行确定；以及

确定已达到迭代的预定数目，在所述预定数目之后，所述优化函数的所述值不会变化超过阈值变化。

6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述多个能级中的每个相应能级能够通过多个被加数的相应总和进行描述，并且其中执行所述能量估计例程进一步包括针对所述第一状态分别估计每个被加数的期望值，并对每个被加数的期望值估计值求和以确定所述第一状态能量的所述估计值。

7.根据任一前述权利要求所述的方法，其进一步包括输出对应于所述至少一个未知能级的能量值的所述试验状态变量。

8.根据任一前述权利要求所述的方法，所述至少一个未知能级包括第一未知能级和第二未知能级；其中所述第一未知能级是通过执行第一轮所述优化程序进行确定，并且所述第二未知能级是通过执行第二轮所述优化程序进行确定。

9.根据权利要求8所述的方法，其中对应于所述第一未知能级的所述能量值的所述试验状态变量用于产生用于所述第二轮的所述优化程序的每次迭代中的已知状态。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一未知能级对应于所述物理系统的感兴趣的第一本征态，并且用于所述第二轮的所述优化程序的每次迭代中的所述已知状态基于或表示所述感兴趣的第一本征态。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述感兴趣的第一本征态存在于所述量子计算机的第一量子寄存器中，并且用于所述第二轮的所述优化程序的每次迭代中的所述第二准备状态是通过将所述感兴趣的第一本征态复制到所述量子计算机的第二量子寄存器中产生的。

12.根据权利要求11所述的方法，其中将所述感兴趣的第一本征态复制到所述量子计算机的第二量子寄存器中包括优化所述感兴趣的第一本征态和包括所述量子计算机的所述第二量子寄存器的量子位之间的重叠程度。

13.根据权利要求12所述的方法，其中优化所述重叠程度包括将所述重叠程度最大化。