[发明专利]量子计算系统内的算子平均

权利要求书

1.一种由一个或多个量子装置和一个或多个经典处理器进行的用于估计量子力学可观察量的期望值的方法，所述方法包括：

识别与所述可观察量相关联的第一算子，其中所述第一算子包括项的线性组合；

基于所述第一算子，确定所述线性组合中的项中的一个或多个的期望值上的一个或多个约束；

定义第二算子，其中所述第二算子包括所述第一算子和一个或多个所述确定的约束的组合；以及

使用所述第二算子估计所述量子力学可观察量的期望值。

2.如权利要求1所述的方法，其中使用所述第二算子估计所述量子力学可观察量的期望值包括：

准备包含在所述一个或多个量子装置中的量子系统的初始状态；

由所述一个或多个量子装置在所述初始量子状态的多个独立拷贝上进行所述第二算子的多个测量；以及

通过所述一个或多个经典处理器处理所述多个测量的结果，以估计所述量子力学可观察量的期望值。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中使用所述第二算子将所述可观察量的期望值估计到目标精确度所需的测量的数目小于使用所述第一算子将所述算子的期望值估计到目标精确度所需的测量的数目。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括使用所估计的期望值模拟所述量子系统。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一算子由以下给出

其中w_γ表示标量系数，并且H_γ表示作用在量子比特上的1-稀疏自逆算子。

6.如权利要求5所述的方法，其中作用在量子比特上的所述1-稀疏自逆算子包括泡利算子的串。

7.如权利要求5或6所述的方法，其中使用所述第一算子估计所述可观察量的期望值包括进行(∑_γ|w_γ|/ε)²测量，其中ε表示预定的精确度。

8.如权利要求5至7中任一项所述的方法，其中所述一个或多个约束包括等式约束。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述一个或多个约束中的每一个的期望值等于零。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述第二算子由以下给出

其中a_k表示标量系数，并且C_k表示所确定的约束。

11.如权利要求10所述的方法，其中使用所述第二算子确定所述可观察量的期望值包括进行(∑_γ|w_γ+∑_ka_kc_{k，γ}|/ε)²测量，其中ε表示预定的精确度。

12.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

将所述第一算子表示为矢量；

将所确定的约束表示为矩阵；

基于所述矢量和矩阵，定义凸优化任务；以及

求解所述凸优化任务，以确定使用所述第二算子确定所述可观察量的期望值所需的测量的数目。

13.如权利要求12所述的方法，还包括添加附加约束，所述附加约束对所述一个或多个约束抵消同一项。

14.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

确定所述第二算子不是厄密的；

对所述第二算子恢复厄密性。