[发明专利]基于不同测量方式的量子开放系统模拟方法、存储介质及终端

说明书

本发明公开了基于不同测量方式的量子开放系统模拟方法、存储介质及终端，属于量子开放系统模拟技术领域，基于量子开放系统的分离量子隐马尔可夫模型及已知时序数据构建似然函数；采用似然函数对分离量子隐马尔可夫模型所有可能的Kraus算符求导数进行梯度下降极大化似然函数的值，进而得到分离量子隐马尔可夫模型中Kraus算符的一个矩阵解，实现分离量子隐马尔可夫模型的求解。本发明通过构建似然函数求解分离量子隐马尔可夫模型中Kraus算符，以此获取量子隐马尔可夫模型中Kraus算符的具体矩阵形式，达到模拟量子开放系统的目的，能够模拟任何用量子条件主方程描述的量子开放系统，适用范围广。

技术领域

本发明涉及量子开放系统模拟技术领域，尤其涉及基于不同测量方式的量子开放系统模拟方法、存储介质及终端。

背景技术

对于理想的封闭的量子系统，薛定谔方程可以有效地求解其各种性质，然而在真实的世界中，不存在理想的封闭的量子系统。针对量子开放系统，量子开放系统和环境具有相互作用，在大多数的情况下，环境所处的希尔伯特空间非常大，如果求解整个复合系统(量子系统、环境)的密度矩阵这将会非常困难，所以人们提出了量子主方程的方法来求解量子开放系统。量子主方程的核心思想是，先对复合量子系统整体的密度矩阵做演化，然后在对环境进行偏迹，平均掉环境对量子系统的影响。

现有技术中提出了研究电荷比特细致输运过程中的条件主方程，并通过循环神经网络模拟量子输运过程中的量子条件主方程，以此对输运过程中的量子条件主方程进行求解，实现该过程中对相关物理量的研究，然而其只能够模拟量子开放系统的密度矩阵迹的演化，无法求出量子隐马尔可夫模型中Kraus算符的具体矩阵形式；同时，该方法无法反映密度矩阵的部分性质比方说半正定和厄米性，且仅适用于量子输运过程中量子条件主方程的求解。在此基础上，如何求解量子开放系统的量子条件主方程使其与针对于量子开放系统的物理实验相对应，进而对其热力学性质、力学性质、化学性质等进行研究，以加强其在量子信息、物理学等领域的应用如指导微纳量子器件的设计是本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有量子条件主方程求解过程中无法获取量子隐马尔可夫模型中Kraus算符的具体矩阵形式、适用范围有限的问题，提供了基于不同测量方式的量子开放系统模拟方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于不同测量方式的量子开放系统模拟方法，所述方法包括：

基于量子开放系统的分离量子隐马尔可夫模型及已知时序数据构建似然函数；

采用似然函数对分离量子隐马尔可夫模型所有可能的Kraus算符求导数进行梯度下降极大化似然函数的值，进而得到分离量子隐马尔可夫模型中Kraus算符的一个矩阵解，实现分离量子隐马尔可夫模型的求解。

在一示例中，获取量子开放系统的分离量子隐马尔可夫模型具体包括：

基于不同测量方式将量子开放系统对应的环境希尔伯特空间进行划分，并将划分后的环境希尔伯特空间带入至量子开放系统的量子主方程得到量子开放系统的量子条件主方程；

将量子开放系统的量子条件主方程进行马尔可夫近似处理后得到分离量子隐马尔可夫模型。

在一示例中，所述得到量子开放系统的量子条件主方程具体包括：

根据量子开放系统的哈密顿量获取所述量子开放系统的量子主方程：

其中，ρ(t)表示在t时刻量子开放系统的密度矩阵；表示密度矩阵对时间t的一阶导函数；i表示虚数单位；τ表示小于时间变量t的任意时刻；表示刘维尔超算符，定义为表示与哈密顿量H′相关的刘维尔超算符，定义为G(t，τ)表示与量子开放系统哈密顿量相关的格林函数，定义为…表示Tr_E(…),即对环境求偏迹；E表示环境；