[发明专利]费米子模拟门

说明书

用于模拟物理系统的方法、系统和装置。在一个方面，一种方法包括：将描述物理系统的哈密顿量变换成描述对应的量子位系统的量子位哈密顿量，该量子位哈密顿量包括经变换的动能算符；模拟量子位系统在量子位哈密顿量下的演化，包括通过将费米子交换网络应用于量子位系统来模拟量子位系统在经变换的动能算符下的演化；以及使用量子位系统在量子位哈密顿量下的模拟演化以确定物理系统的性质。

背景技术

本说明书涉及量子计算。

量子模拟器被设计为提供关于物理系统或设备的信息和见解的设备。量子模拟器使得难以在实验室中研究或不可能使用经典处理器建模的物理系统能够被模拟。

发明内容

本说明书描述了用于实施费米子模拟量子逻辑门的方法和系统。

一般来说，本说明书中描述的主题的一个创新方面可以在用于模拟物理系统的方法中实施，该方法包括：将描述物理系统的哈密顿量变换成描述对应的量子位系统的量子位哈密顿量，该量子位哈密顿量包括经变换的动能算符；模拟量子位系统在量子位哈密顿量下的演化，包括通过将费米子交换网络应用于量子位系统来模拟量子位系统在经变换的动能算符下的演化；以及使用量子位系统在量子位哈密顿量下的模拟演化以确定物理系统的性质。

该方面的其他实施方式包括对应的经典或量子计算机系统、装置和记录在一个或多个计算机存储设备上的计算机程序，其中各自被配置为执行该方法的动作。一个或多个计算机的系统可以被配置为通过在系统上安装软件、固件、硬件或其组合来执行特定的操作或动作，这些操作或动作在操作中使得系统执行这些动作。一个或多个计算机程序可以被配置为通过包括指令来执行特定的操作或动作，当指令被数据处理装置执行时，使得该装置执行动作。

前述和其他实施方式可以各自可选地单独或组合地包括一个或多个以下特征。在一些实施方式中，费米子交换网络包括量子电路，该量子电路包括多层费米子交换门。

在一些实施方式中，将描述物理系统的哈密顿量变换成对应的量子位哈密顿量包括应用乔丹-维格纳变换。

在一些实施方式中，根据规范排序对量子位系统中的量子位进行索引，并且其中使用费米子交换网络来模拟量子位系统在经变换的动能算符下的演化包括，将多层费米子交换门中的每一层顺序地应用于量子位系统以改变量子位的规范排序，直到规范排序被反转并且每个索引已经与所有其他索引相邻一次。

在一些实施方式中，经变换的动能算符包括作用于多个非相邻量子位的一个或多个算符，并且其中，将多层费米子交换门中的每一层顺序地应用于量子位系统将作用于多个非相邻量子位的一个或多个算符映射到作用于两个相邻量子位的算符。

在一些实施方式中，作用于多个非相邻量子位的一个或多个算符包括形式为X_pZ_p+1Z_p+2…Z_q-1X_q和Y_pZ_p+1Z_p+2…Z_q-1Y_q的算符，其中，X_p表示应用于量子位p的泡利-X算符，Y_p表示应用于量子位p的泡利-Y算符，以及Z_p表示应用于量子位p的泡利-Z算符，并且其中，作用于两个相邻量子位的算符包括形式为X_pX_p+1和Y_pY_p+1的算符。

在一些实施方式中，使用费米子交换网络来模拟量子位系统在经变换的动能算符下的演化还包括：在费米子交换网络的层之间交织用于模拟量子位系统在作用于两个相邻量子位的算符下的演化的门；以及在模拟量子位系统的演化时应用经交织的门。