[发明专利]量子计算系统内的算子平均

说明书

一种估计量子力学可观察量的期望值的方法、系统和设备。在一方面中，方法包含识别与可观察量相关联的第一算子，其中第一算子包括项的线性组合。确定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确定。定义第二算子，其中第二算子包括第一算子与一个或多个所确定的约束的组合。使用第二算子估计量子力学可观察量的期望值。

背景技术

本说明书涉及量子计算。

量子算法是在量子计算的现实模型上运行的算法，例如计算的量子电路模型。经典算法是求解任务的逐步过程，其中每个步骤由经典计算机进行。相似地，量子算法是求解任务的逐步过程，其中每个步骤由量子计算机进行。

发明内容

本说明书描述了用于减少状态准备和测量重复的数目的技术，以进行量子或经典量子算法内的算子平均。

总体上，本说明书所描述的主题的一个创新方面可以实现为由一个或多个量子装置和一个或多个经典处理器进行的方法，其用于估计量子力学可观察量的期望值，方法包含：识别与可观察量相关联的第一算子，其中第一算子包括项的线性组合；基于第一算子，确定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，其中第二算子包括第一算子和一个或多个所确定的约束的组合；以及使用第二算子估计量子力学可观察量的期望值。

本方面的其他实现方式包含对应的计算机系统、设备和记录在一个或多个计算机储存装置上的计算机程序，其各自配置为进行方法的动作。一个或多个经典和/或量子计算机的系统可以配置为通过使安装在系统上的在运算中使得系统进行动作的软件、固件、硬件或其组合而进行特定运算或动作。一个或多个计算机程序可以配置为通过包含指令而进行特定运算或动作，当由数据处理设备执行指令时使得设备进行动作。

前述和其他实现方式可以各自可选地包含以下特征中的单独或组合的一个或多个。在一些实现方式中，使用第二算子估计量子力学可观察量的期望值包括：准备包含在一个或多个量子装置中的量子系统的初始状态；由一个或多个量子装置在初始量子状态的多个独立拷贝上进行第二算子的多个测量；以及通过一个或多个经典处理器处理多个测量的结果，以估计量子力学可观察量的期望值。

在一些实现方式中，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。

在一些实现方式中，方法还包括使用所估计的期望值模拟量子系统。

在一些实现方式中，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。

在一些实现方式中，作用在量子比特上的1-稀疏自逆算子包括泡利(Pauli)算子的串。

在一些实现方式中，使用第一算子估计可观察量的期望值包括进行(∑_γ|w_γ|/∈)²测量，其中∈表示预定的精确度。

在一些实现方式中，一个或多个约束包括等式约束。

在一些实现方式中，一个或多个约束中的每一个的期望值等于零。

在一些实现方式中，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。

在一些实现方式中，使用第二算子确定可观察量的期望值包括进行(∑_γ|w_γ+∑_ka_kc_{k，γ}|/∈)²测量，其中∈表示预定的精确度。