[发明专利]一种量子系统的演化方法及装置

说明书

本发明涉及一种量子系统的演化方法，该方法包括:通过第一转换关系，将待模拟的开放量子系统中的第一量子态转换到封闭量子系统中的第二量子态，开放量子系统中的第一量子态根据第一关系式进行演化，封闭量子系统中的第二量子态根据第二关系式进行演化；其中，第一关系式依赖于非厄米矩阵形式的第一演化矩阵，第二关系式依赖于酉正演化；根据第二量子态，制备封闭量子系统的量子态初态；将封闭量子系统的量子态初态通过第二关系式进行演化，获得封闭量子系统的量子态末态，该方法，可以将在量子计算机中较复杂，较难演化的开放量子系统等效为封闭量子系统，并且该封闭量子系统的演化可以基于酉矩阵的演化实现，缩短时间。

技术领域

本发明涉及量子系统演化技术领域，特别涉及一种量子系统的演化方法及装置。

背景技术

对开放量子系统的量子模拟算法已经有一些理论方案被提出以及实验实现。其中一种算法是基于一阶或二阶特罗得展开。该方法不需要辅助量子比特，并且时间复杂度随精度以O(1/ε)或者的形式增加。具体的实现步骤如下：

1.制备量子态初态。

2.将描述演化总时间T分为N份。对于每一份演化，将通过特罗得展开将演化算符拆分成若干子算符的相乘。虽然总演化算符不能直接实现，但是我们可以在量子计算机上依次实现每一个子算符对应的演化。只要拆分份数N足够大，那么我们就能够精确地模拟整个演化过程。

3.对量子态末态的物理量进行测量。

4.重复步骤1-3，对测量结果做平均，得到待测量物理量的期望值。

而特罗得一阶、二阶展开方法的时间复杂度随精度以O(1/ε)或者增加，随模拟演化的时间t以O(t²)或者O(t^1.5)的形式增加，远未达到理论最优值。虽然对于封闭量子系统，已经有许多技术可以达到更好的时间复杂度，例如基于泰勒展开的方法和量子信号处理算法等。然而，这些算法不能直接应用到开放量子系统的模拟中来，其原因如下。封闭系统的演化可以直接由酉矩阵描述，上述的高效模拟算法也都只能应用于基于酉矩阵的演化。但是，开放系统的演化算符并不能直接由酉矩阵描述。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种量子系统的演化方法，其特征在于,包括:

通过第一转换关系，将待模拟的开放量子系统中的第一量子态转换到封闭量子系统中的第二量子态，所述开放量子系统中的所述第一量子态根据第一关系式进行演化，所述封闭量子系统中的所述第二量子态根据第二关系式进行演化，其中，所述第一关系式依赖于非厄米矩阵形式的第一演化矩阵，所述第二关系式依赖于酉正演化；根据所述第二量子态，制备所述封闭量子系统的量子态初态；将所述封闭量子系统的所述量子态初态通过所述第二关系式进行演化，获得所述封闭量子系统的量子态末态。

本发明实施例的一种量子系统的演化方法，可以将在量子计算机中较复杂，较难演化的开放量子系统等效为封闭量子系统，并且该封闭量子系统的演化可以基于酉矩阵的演化实现，缩短时间。

附图说明

图1为本发明实施例的量子系统的演化方法的流程图；

图2为本发明实施例的量子系统的演化方法的一种实施例的流程图；

图3为本发明实施例的一种量子系统的演化装置的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种计算设备的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

首先需要说明的是，量子计算可以解决许多经典计算机无法有效计算的困难问题。