[发明专利]一种单振幅量子计算模拟方法

说明书

本发明公开了一种单振幅量子计算模拟方法，应用于至少一个计算节点，包括：接收控制节点发送的目标量子程序的数据信息和目标量子态分量；根据预设规则和数据信息，构建目标量子程序对应的无向图；其中，无向图的顶点对应量子逻辑门执行前和/或执行后、所操作的量子比特的量子态；无向图的每条边对应一个张量，该张量中的元素由对应量子逻辑门的酉矩阵和边连接的顶点取值共同决定；接收控制节点分发的顶点取值；根据顶点取值和目标量子态分量，计算无向图，获得目标子振幅；将目标子振幅反馈至控制节点；以使得控制节点合并每个计算节点发送的每个目标子振幅，获得目标量子态分量的振幅。应用本发明实施例，可以实现涉及50个甚至更多个量子比特的量子计算模拟。

技术领域

本发明属于量子计算技术领域，更具体地，涉及单振幅量子计算模拟方法及装置。

背景技术

量子计算机(quantum computer)是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。

量子计算机可执行多种经典计算机不能实现的任务，比如量子模拟和分解大质因数。在量子计算前进的道路上，我们应该首先实现“量子霸权”，即需要先实现量子比特数在50以上，并且有着高保真度的量子计算机。但在真正实现“量子霸权”的量子计算机之前，我们可以先通过量子计算的相关理论，进行量子计算模拟，从而实现量子计算机的软硬件解耦，为量子程序和量子应用的发展打下基础。

量子计算模拟是一个借助数值计算和计算机科学来仿真遵循量子力学规律的模拟计算，介于数学、量子力学和计算机科学之间的交叉学科，在大数据分解算法、搜索算法、分子模拟等有着重要的应用。作为一个仿真程序，它依据量子力学的量子比特的基本定律，利用计算机的高速计算能力，刻画量子态的时空演化。

目前，在进行量子计算模拟时，多采用全振幅模式，即一次性模拟出所有量子比特的振幅。但全振幅模式需要占用的内存量过大，当量子计算的模拟涉及50个量子比特时，便需要16PB的内存，而这已超过了全球最快的超级计算机的内存总量，也超过了世界上所有内存的总和。即，世界上所有的计算机内存加起来也不能实现涉及50个甚至更多个量子比特的量子计算模拟。

发明内容

本发明的目的是提供单振幅量子计算模拟方法及装置，以实现涉及50甚至更多个量子比特的量子计算模拟。

为达到上述目的，本发明实施例公开了单振幅量子计算模拟方法及装置。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例公开了一种单振幅量子计算模拟方法，应用于至少一个计算节点，所述方法包括：

接收控制节点发送的目标量子程序的数据信息和目标量子态分量；

根据预设规则和所述数据信息，构建所述目标量子程序对应的无向图；其中，所述无向图的顶点对应量子逻辑门执行前和/或执行后、所操作的量子比特的量子态；所述无向图的每条边对应一个张量，所述张量中的元素由对应量子逻辑门的酉矩阵和所述边连接的顶点取值共同决定；

接收所述控制节点分发的顶点取值；所述顶点取值为所述无向图的顶点中M个顶点的所有取值中的一个或多个，其中M为正整数；

根据所述顶点取值和所述目标量子态分量，计算所述无向图，获得目标子振幅；

将所述目标子振幅反馈至所述控制节点；以使得所述控制节点合并每个所述计算节点发送的每个所述目标子振幅，获得所述目标量子态分量的振幅。

可选地，所述预设规则包括：

当量子逻辑门为第一类型量子逻辑门时，向无向图添加一条对应边；

当量子逻辑门为第二类型量子逻辑门时，向无向图添加一个顶点和一条对应边；