[发明专利]用于使用量子计算机求解3SAT的系统和方法

说明书

一种用于求解NP完全问题3SAT和可以简化成3SAT的其他计算问题的方法。只要它们存在，以将概率集中在求解给定的3SAT问题的状态中这样的方式在有限数量的量子力学比特或“量子比特”上执行量子力学运算。通过将量子计算的传统的可逆模型概括为包括将一个密度矩阵映射到另一个密度矩阵的不可逆运算来实现概率的集中。

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2016年9月12日提交的美国专利申请第15/263,240号的权益，美国专利申请第15/263,240号要求于2015年11月2日提交的美国临时专利申请第62/249,438号的权益，并且还要求于2015年9月11日提交的美国临时专利申请第62/217,432号的权益，这两个美国临时申请通过引用的方式并入本文。

发明背景

1.发明领域

本发明大体上涉及计算、并且具体地涉及量子计算。

2.相关技术的描述

量子计算机通过在有限量子力学系统上执行物理变换以促使系统占据具有期望性质的状态来求解计算问题。量子计算机不是对必须确定性地采取为1或0的值的经典比特进行运算，而是对可以存在于任意叠加的两种状态中的量子力学“量子比特”进行运算。已知的是，量子计算机可以求解一些计算问题-尤其是其他量子系统的模拟-远远快过其经典对应物。然而，尚不知道的是可能有针对显著加速的一类问题。

由以合取范式或“CNF”中的命题逻辑公式的这种方式

将一组布尔变量x₁，x₂，x₃...赋值为真或假组成每子句3个变量布尔可满足问题或3SAT。这里，同一子句内的变量(x_n)或其否定式用OR(∨)运算符链接，而不同的子句通过AND(∧)运算符链接。赋值必须满足所有子句以对问题求解。

3SAT在计算机科学中众所周知的是NP完全的[8，4]。这意味着它具有如下性质：其解可以在多项式时间(类“NP”)中被检查的任何问题可以在多项式时间中被规约为3SAT问题。因此，用于3SAT的多项式时间解也可以被用来求解多项式时间中的NP中的任何问题。相信但并未被证明的是经典计算机上的算法不能对多项式时间中的NP完全问题求解；这是否属实的问题是数学中最著名的问题之一[3]。

这里的规约由一个问题的实例到另一个问题的实例的映射组成，以这样的方式，第二实例的解可以被映射至第一实例的解。计算问题由一系列问题参数、加上对问题求解必须满足的性质的声明组成[4]。通过为所有问题参数指定特定值来获得问题的实例。

计算问题的求解算法确定特定的实例是否有解或者被证明不存在解，但不一定产生解。只要存在一些解，则建设性的求解算法会产生至少一个有效的解。概率求解算法确定解存在或者不存在，并且误差概率不大于0与1/2之间的某个值∈，其按惯例通常被选择为1/3。概率算法可以运行多次以增加给定实例具有或不具有解的确定性。

发明概述

本发明包括一种新型的量子计算机，其使不可逆的物理变化发生在量子力学系统、一组物理变换或以在逻辑上有意义的方式改变系统的状态的“门(gate)”中，以及将量子概率从未能对一些感兴趣的3SAT问题求解的物理状态转换至对这些感兴趣的3SAT问题求解的状态或一组状态的算法。如果存在至少一个求解状态，则该算法使总无解概率以指数方式衰减，使得占据求解状态的概率变为任意地接近于1。