[发明专利]光子损失下的玻色采样模拟方法及系统

说明书

本发明提供一种光子损失下的玻色采样模拟方法及系统，涉及光量子计算技术领域，该方法包括：等效光学网络构造步骤：构造光子损失下的等效光学网络对应的幺正矩阵；玻色采样仿真结果获取步骤：根据幺正矩阵，得到任意数量且符合玻色采样概率分布的光子输出组合，并通过检验方法对符合玻色采样概率分布的采样结果进行检验和区分。本发明能够成功仿真光学网络中引入光子损失的玻色采样过程以获取可靠的采样结果，且仿真结果不受光子损失概率的影响，具有较强的稳定性，更加方便研究人员学习玻色采样经典仿真的全过程，易于考虑误差的玻色采样研究。

技术领域

本发明涉及光量子计算技术领域，具体地，涉及一种光子损失下的玻色采样经典模拟方法，尤其涉及一种光子损失下的玻色采样模拟方法及系统。

背景技术

理想的玻色采样过程可简括为：n个全同光子注入m模式的光学网络中，光子在光学网络中的光学基础单元处发生量子干涉效应，从而改变光子从不同光路中传播的概率，光子探测器则在m个输出模式中对输出光子进行探测，获取不同的光子输出组合，即采样结果。玻色采样过程属于一种特定的量子计算问题，实现过程较为简单，有助于展示量子计算相较于经典计算的“量子优越性”。在现实物理环境中进行玻色采样需要考虑误差对采样结果精度的影响，基于光子损失的玻色采样仿真可为误差条件下的玻色采样研究提供理论指导。

玻色采样仿真过程中的光子损失主要考虑光子源处的损失和光子在光学网络的传播过程中经过光学器件时的损失。在这两种情况下，分别存在一个展示“量子优越性”的阈值，若光子损失相关测试参数超过该阈值的限定范围，将会导致玻色采样问题成为多项式级的求解问题，从而失去“量子优越性”。

若要在光学网络上实现玻色采样仿真过程并得到任意数量的采样结果，需要高算力的经典计算平台和具有复杂度优势的采样方法。对于精确采样的暴力采样方法，每次采样均需要计算所有的n维子矩阵积和式，计算复杂度偏高，无法用来进行大规模的玻色采样仿真，所以需要研究近似方法，提高采样优势。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种光子损失下的玻色采样模拟方法及系统。

根据本发明提供的一种光子损失下的玻色采样模拟方法及系统，所述方案如下：

第一方面，提供了一种光子损失下的玻色采样模拟方法，所述方法包括：

等效光学网络构造步骤：构造光子损失下的等效光学网络对应的幺正矩阵；

玻色采样仿真结果获取步骤：根据幺正矩阵，得到任意数量且符合玻色采样概率分布的光子输出组合，并通过检验方法对符合玻色采样概率分布的采样结果进行检验和区分。

优选地，所述等效光学网络构造步骤包括：

步骤S1.1：根据所需光学网络的规模构造一个随机幺正矩阵，将构造的矩阵按照光学基础单元顺序进行拆分，得到光学基础单元列表；

步骤S1.2：在每个光学基础单元中引入两路等效分束器，得到新的等效光学基础单元列表；

步骤S1.3：按照光学基础单元的生成顺序将所有等效光学基础单元进行排列得到等效光学网络；

步骤S1.4：按照光学基础单元的生成顺序将所有等效光学基础单元对应的矩阵相乘得到等效光学网络对应的幺正矩阵。

优选地，所述光学基础单元的构造完全取决于随机生成的幺正矩阵，对于不同规模和光子损失需求的等效光学网络，通过所述等效光学网络构造方法，均能得到满足需求的等效光学网络及其对应的幺正矩阵。

优选地，所述等效光学网络中，光子在不同光路中保持光子损失概率相同。

优选地，所述玻色采样仿真结果获取步骤包括：

步骤S2.1：构造与玻色采样分布相似的多项式模型；