[发明专利]消除量子测量噪声的方法及系统、电子设备和介质

说明书

本公开提供了一种消除量子测量噪声的方法、系统、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机技术领域。实现方案为：确定测量设备连续执行的最大次数Z；对于包含Z个整数的集合{0,1,…,K}中的每一个整数k：执行M₁次量子计算过程，以基于每次量子计算过程所得到的中间测量结果来计算M₁次量子计算过程的平均测量结果，并且其中，在每次量子计算过程中，通过量子计算机产生一个n量子比特的量子态ρ，连续执行测量设备k+1次以对量子态ρ进行测量并得到该次量子计算过程的中间测量结果；以及基于所有整数k所对应的平均测量结果，利用诺依曼级数确定消除量子测量噪声后的计算结果的无偏估计。

技术领域

本公开涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机技术领域，具体涉及一种消除量子测量噪声的方法、系统、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

背景技术

量子计算机技术在近几年得到了飞速发展，但是在可预见的未来量子计算机中的噪声问题是难以避免的：量子比特中的热量耗散或是更底层的量子物理过程中产生的随机波动，将使得量子比特的状态翻转或随机化，以及测量设备读取计算结果出现偏差，都可能导致计算过程失败。

目前处理测量设备的量子测量噪声主要包括以下技术方案：量子纠错(QuantumError Correction)技术、逆矩阵方法(Matrix Inversion)和准概率分解方法(Quasi-probability Decomposition)。在量子纠错技术中，每个逻辑量子比特由很多个物理比特组成，通过冗余的物理量子比特资源实现纠错，但是随着物理比特数目的增加，系统可能发生的错误类型也会增多，同时多量子比特编码的操作需要物理量子比特之间非局域的相互作用，因此实验上量子纠错和逻辑比特的量子门都很难实现。逆矩阵方法和准概率分解方法虽然不需要额外的物理比特，但是它们都依赖预处理步骤：首先需要层析出量子测量噪声矩阵A，然后计算该矩阵的逆矩阵A^-1。层析出量子测量噪声矩阵A需要的量子态数目为O(2ⁿ)，而当前最好的计算逆矩阵的方法的复杂度为计算难度较大、预处理时间较长，因此这两个方法不具有可扩展性。

发明内容

本公开提供了一种消除量子测量噪声的方法、系统、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

根据本公开的一方面，提供了一种消除测量设备的量子测量噪声的方法，包括：确定测量设备连续执行的最大次数Z，其中，Z为正整数；对于包含Z个整数的集合{0，1，...，K}中的每一个整数k，其中，K＝Z-1：执行M₁次量子计算过程，以基于每次量子计算过程所得到的中间测量结果来计算M₁次量子计算过程的平均测量结果，其中，M₁为预设的正整数，并且其中，在每次量子计算过程中，通过量子计算机产生一个n量子比特的量子态ρ，连续执行测量设备k+1次以对量子态ρ进行测量并得到该次量子计算过程的中间测量结果，n为正整数；以及基于所有整数k所对应的平均测量结果，利用诺依曼级数确定消除量子测量噪声后的计算结果的无偏估计。

根据本公开的另一方面，提供了一种消除测量设备的量子测量噪声的系统，包括：量子计算机，被配置为：在每次量子计算过程中产生一个n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数；测量设备，被配置为：在每次量子计算过程中对量子计算机产生的量子态ρ连续测量k+1次，以获得该次量子计算过程的中间测量结果；经典计算机，被配置为：对于每一个整数k：接收测量设备在每次量子计算过程所得到的中间测量结果，以基于每次量子计算过程所得到的中间测量结果来计算M₁次量子计算过程的平均测量结果，其中，M₁为预设的正整数；以及基于所有整数k所对应的平均测量结果，利用诺依曼级数确定消除量子测量噪声后的计算结果的无偏估计；其中，k为包含Z个整数的集合{0，1，...，K}中的一个整数，并且其中，Z为正整数，表示测量设备连续测量的最大次数，K＝Z-1。