[发明专利]一种用于计算希尔伯特-施密特检验的方法

说明书

本发明公开了一种用于量子线路之间进行希尔伯特‑施密特检验的方法，包括：(1)确定已知线路U，待比较量子线路V；(2)将待比较量子线路按照ZX计算重写规则改写成ZX图G；(3)对G图进行共轭操作，得到共轭ZX图G^*；(4)对G^*图按照ZX图简化规则进行优化操作，得到简化共轭ZX图(5)将简化共轭图还原回量子线路，得到量子线路(6)已知线路U和量子线路进行希尔伯特‑斯密特检验，求出保真度F。本发明希尔伯特‑斯密特检验方法，综合了ZX计算改写、简化规则和还原回量子线路方法，可以实现两个量子线路之间相似程度的计算，并且该方法具有通用性，且优化了线路结构，可以提高希尔伯特‑斯密特检验的简便性和高效性。

技术领域

本发明涉及量子计算和量子线路优化技术，特别是涉及一种用于计算希尔伯特-施密特检验的方法。

背景技术

希尔伯特-斯密特检验(Hilbert-SchmidtTest)是将两个量子线路嵌入到特定的量子线路中，通过贝尔基测量将获得两个量子线路的相似程度，即保真度F。其中两个量子线路分别为已知量子线路U，和待比较量子线路V^*，即量子线路V的共轭。希尔伯特-斯密特检验量子线路经过贝尔基的测量后，处于|0…0上的幅度对应于即U与V的内积|V,U|的平方。保真度F∈[0,1],数值越大则表示两个量子线路的相似程度越高。

在进行希尔伯特-斯密特检验的线路中，共轭矩阵获得的通用方法是一个关键点，现有技术是针对不同的量子线路考虑到不同量子线路使用的量子门，再对每个门制定单独的策略，存在实际操作中没有通用方法的问题，致使编程难以实现。使用ZX计算则会解决这个问题，ZX计算是一种针对量子计算专门制定的张量网络，其由ZX图和重写规则构成，可以实现任意的量子线路重写成ZX图，即主要由白点和灰点构成的图。在ZX计算中，ZX图具有很多的等效规则，灵活的运用等效规则可以对ZX图进行化简，也等价对原量子线路进行化简再改写成ZX图。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于计算希尔伯特-施密特检验的方法，用以解决现有技术中存在没有通用量子门共轭的方法及原量子线路深度较深的技术问题。本发明提供一种用于计算希尔伯特-斯密特检验的方法，通过对待比较量子线路使用ZX计算，将待比较量子线路改写成ZX图，在ZX图上进行共轭和简化的操作，实现再转换回的线路具有更简洁的特点，并高效的进行希尔伯特-斯密特检验。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于计算希尔伯特-施密特检验的方法，所述方法包括：

步骤S1、确定已知线路U，待比较量子线路V；

步骤S2、将步骤S2中的待比较量子线路V按照ZX计算重写规则改写成ZX图G；

步骤S3、对步骤S2中得到的G图进行共轭操作，得到共轭ZX图G^*；

步骤S4、对步骤S3中得到G^*图按照ZX图简化规则进行优化操作，得到简化共轭ZX图

步骤S5、将步骤S4中得到的简化共轭图还原回量子线路，得到量子线路

步骤S6、已知量子线路U和量子线路进行希尔伯特-斯密特检验，求出保真度F。

进一步的，在步骤S1中，所述的已知线路U，其中旋转门Z和X的相位参数按照每一层从上至下分别是π,-π/2,-π/8,-π/4,π,-π/2,-π/4,-3π/8。

进一步的，在步骤S1中，所述的待比较量子线路V，其采用和已知线路U相同的结构，其中旋转门Z和X的相位参数和已知线路U相同。

进一步的，所述步骤S2包括：

步骤S201、针对上述的待比较量子线路V，将原量子线路的连线保持不变，对量子门进行改写；