[发明专利]交换算子的同时测量

权利要求书

1.一种用于实现对多个算子中的每个算子的测量值的确定的计算机实施的方法，所述方法包括：

将所述多个算子分组为一个或多个由相互交换算子构成的集合，每个集合包括所述多个算子中的一个或多个算子；

对于每个由算子构成的集合进行以下：

基于所述由算子构成的集合确定由经变换的算子构成的子集，使得所述由算子构成的集合等于所述由经变换的算子构成的子集的乘积；

基于所述由经变换的算子构成的子集确定映射线路，其中所述映射线路包括量子门的布置，所述量子门被配置成对量子计算机中的多个量子位进行操作；并且

基于所述由经变换的算子构成的子集确定测量后处理例程，以将量子位测量值变换为所述由算子构成的集合中的所述算子中的每个算子的算子测量值。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括对每个由算子构成的集合执行测量例程，所述测量例程包括：

利用量子门的第一布置，使用所述量子计算机中的所述多个量子位来准备试验态；

使所述映射线路对处于所述试验态的所述多个量子位进行操作；

对所述多个量子位中的每个量子位执行测量以获得每个量子位的量子位测量值；以及

对所述量子位测量值施加所述测量后处理例程，以将所述量子位测量值变换为所述由算子构成的集合中的所述算子中的每个算子的所述算子测量值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法被配置成使用所述量子计算机来估计物理系统的能级，并且其中所述能级是通过对所述多个算子的期望值求和描述的，所述方法进一步包括至少基于每个集合中的每个算子的所确定算子测量值来确定所述物理系统的所述能级的估计值。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中确定所述由经变换的算子构成的子集、确定所述映射线路和确定所述测量后处理例程是使用经典计算机执行的，并且其中所述经典计算机进一步执行对所述量子位测量值施加所述测量后处理例程以将所述量子位测量值变换为所述由算子构成的集合中的所述算子中的每个算子的算子测量值的步骤。

5.根据权利要求2到4中任一项所述的方法，其中准备所述试验态、使所述映射线路对每个量子位进行操作和对每个量子位执行测量是使用所述量子计算机执行的。

6.根据权利要求2所述的方法，其中对于每个集合多次执行所述测量例程以获得每个集合中的每个算子的对应多个算子测量值，所述方法进一步包括基于所述对应多个算子测量值的平均值来确定每个集合中的每个算子的期望值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中确定所述能级的估计值包括对每个集合中的每个算子的所述期望值求和。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述映射线路包括至少一个多量子位门，所述至少一个多量子位门被配置成作用于所述多个量子位中的至少两个量子位。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述映射线路包括一个或多个多量子位门，其中多量子位门的数量与所述多个量子位的数量成比例，并且其中所述比例的上限为所述多个量子位的数量乘以所述由算子构成的集合中的独立算子的数量，其中所述由算子构成的集合中的每个算子能够由一个或多个独立算子构建。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述映射线路包括一个或多个单量子位门，所述一个或多个单量子位门被配置成对所述多个量子位中的每个量子位施加旋转。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定由经变换的算子构成的子集包括：

确定所述由算子构成的集合中的一个或多个独立算子，其中所述由算子构成的集合中的每个算子能够由所述一个或多个独立算子构建；以及

将所述一个或多个独立算子变换为所述由经变换的算子构成的子集。