[发明专利]交换算子的同时测量

说明书

本发明公开了一种用于确定多个算子中的每个算子的测量值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。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。

技术领域

本公开涉及确定能级。具体地，本公开涉及一种用于确定物理系统的能级的方法。另外，本公开涉及使用量子计算机确定相互交换算子的测量结果。

背景技术

在许多技术领域中，能够确定例如分子或原子的物理系统的可能的本征态和能量是极其有用的。确定在系统被扰动时能量可能如何变化会允许得到许多分子特性。例如，通过针对多个核几何结构求解与分子电子结构哈密顿量(Hamiltonian)相关联的薛定谔方程式，有可能构建分子系统的势能面(PES)。PES的知识非常重要，特别是在化学领域中，因为其允许科学家尤其确定反应速率。

需要确定激发态来确定光谱，以及光伏材料中的其它电荷和能量转移过程。激发态的表征还允许更好地理解许多化学反应，例如涉及光离解的化学反应。此外，例如密度泛函理论的经典方法常常无法确定激发态，即使对于其中可能进行基态能量计算的材料也是如此。

获得关于物理系统的本征态和能量的信息的许多当前方法依赖于经典计算机，所述经典计算机使用复杂的算法来模拟所述物理系统。然而，此类方法常常需要不计其数的计算资源，或不能返回足够准确的解。与经典计算机相比，在量子计算机上模拟系统的效率可能高得多，并且已经在使用各种架构的量子计算机的实验开发方面取得了进展。现在利用清晰的大规模实施方案路线图可获得基于俘获离子或超导系统的小型装置。

存在使用量子计算机来求得物理系统的能级的已知方法。例如，可以使用变分量子本征求解器(VQE)方法来估计物理系统到指定准确度的能级，条件是已知系统的哈密顿量。

如VQE等已知方法需要在量子计算机上执行多次重复试验态准备和对试验态的多次重复测量，这意味着可能需要较长时间和大量的处理能力才能获得有用结果。因此，令人期望的是能够减少确定物理系统的能级时的重复试验态准备和测量的次数。

本发明试图通过提供一种确定物理系统的能级的改进的方法来解决现有技术中遇到的这些和其它缺点，在所述方法中可以同时获得用于确定能级的多个算子的测量结果。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种用于确定多个算子中的每个算子的测量结果值的方法，所述方法包括：将所述多个算子分组为一个或多个集合，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；基于所述由经变换的算子构成的子集确定映射线路；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；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上的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算子中的每个算子的算子测量值。