一种量子线路模拟方法和相关装置与流程

本申请涉及量子领域，特别是涉及一种量子线路方法和相关装置。

背景技术：

1、量子线路是量子通用计算机的一种表示，代表了相应量子算法/程序在量子门模型下的硬件实现。量子线路作用于量子态上，得到新的量子态，完成量子计算。若量子线路中包含可调的控制量子门的参数，则被称为参数化的量子线路(parameterized quantumcircuit，pqc)或变分量子线路。例如酉耦合簇(unitary coupled-cluster，ucc)量子线路就属于一种特殊的参数化的量子线路，主要用于分子体系化学性质的量子计算。

2、量子模拟是利用量子计算机模拟量子系统的运动与演化过程。相关技术中，针对ucc量子线路的经典模拟方案都是基于忠实模拟量子线路的思路。在量子线路实现中，需要对ucc因子分解为一系列量子门。该ucc因子是ucc量子线路中的一个组成因子，即整个ucc量子线路由ucc因子相乘得到。

3、该ucc因子在量子线路上可以高效地实现，但经典计算机模拟较困难，如何有效的实现ucc量子线路的模拟是目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请提供了一种量子线路模拟方法和相关装置，有效提升量子模拟的效率，实现了快速便捷的确定ucc量子线路所对应对象的量子态的效果。

2、本申请实施例公开了如下技术方案：

3、一方面，本申请实施例提供了一种量子线路模拟方法，所述方法包括：

4、获取ucc因子转化得到的多项式，所述ucc因子的指数部分包括反厄米激发算符g，所述多项式中包括g的一次项和二次项；

5、根据待模拟的ucc量子线路，确定所述ucc量子线路对应的波函数和n个ucc因子，所述波函数用于标识所述ucc量子线路所对应对象的量子态，n>1；

6、根据所述波函数和所述n个ucc因子，对所述ucc量子线路进行量子模拟，在所述量子模拟的过程中，将每个ucc因子以所述多项式的形式与所述波函数进行运算；

7、通过所述量子模拟后得到结果波函数，所述结果波函数用于模拟所述对象通过所述ucc量子线路对应的量子态。

8、另一方面，本申请实施例提供了一种量子线路模拟装置，所述装置包括获取单元、确定单元和模拟单元：

9、所述获取单元，用于获取ucc因子转化得到的多项式，所述ucc因子的指数部分包括反厄米激发算符g，所述多项式中包括g的一次项和二次项；

10、所述确定单元，用于根据待模拟的ucc量子线路，确定所述ucc量子线路对应的波函数和n个ucc因子，所述波函数用于标识所述ucc量子线路所对应对象的量子态，n>1；

11、所述模拟单元，用于根据所述波函数和所述n个ucc因子，对所述ucc量子线路进行量子模拟，在所述量子模拟的过程中，将每个ucc因子以所述多项式的形式与所述波函数进行运算；

12、所述确定单元还用于通过所述量子模拟后得到结果波函数，所述结果波函数用于模拟所述对象通过所述ucc量子线路对应的量子态。

13、另一方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器以及存储器：

14、所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

15、所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行以上方面所述的方法。

16、另一方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行以上方面所述的方法。

17、另一方面，本申请实施例提供了一种包括指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行以上方面所述的方法。

18、由上述技术方案可以看出，为了降低量子模拟的运算复杂度，可获取指数形式的ucc因子转化得到的多项式，通过上述转化，将处于ucc因子指数部分的反厄米激发算符g转化为多项式中的g的一次项和二次项。根据待模拟的ucc量子线路，确定用于表示该线路所对应对象量子态的波函数和表示该线路的n个ucc因子，在根据波函数和ucc因子进行针对该线路的量子模拟时，将每个ucc因子以前述多项式的形式与波函数进行运算，最终通过量子模拟后得到结果波函数。由于通过多项式转化，将g从指数部分转化为一次项和二次项，大大降低了波函数和ucc因子在量子模拟中的运算复杂度，无需再将ucc因子进行量子门分解即可进行量子模拟，而且有效提升量子模拟的效率，实现了快速便捷的确定ucc量子线路所对应对象的量子态的效果。

技术特征：

1.一种量子线路模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多项式具体为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述对象为化学分子时，g包括如下表示形式：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述对象为化学分子时，所述波函数通过如下方式确定：

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述将每个ucc因子以所述多项式的形式与所述波函数进行运算，包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一运算结果确定方式包括一次对所述波函数的向量特征重排，以及一次对所述波函数的相位变换；所述第二运算结果确定方式包括一次对所述波函数的相位变换。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当g为单激发形式时，所述第一运算结果确定方式中，相位变换所采用的相位参数为-1、0、1中的一个，所述第二运算结果确定方式中，相位变换所采用的相位参数为-1、0中的一个。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述量子模拟通过下式执行：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述对象为化学分子时，所述方法还包括：

10.一种量子线路模拟装置，其特征在于，所述装置包括获取单元、确定单元和模拟单元：

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述确定单元还用于当所述对象为化学分子时确定所述化学分子对应的分子轨道和所述分子的电子在所述分子轨道中可占据位置的位置组合；根据所述分子轨道和所述位置组合生成表示在组态空间中的所述波函数。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述模拟单元还用于：

13.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器以及存储器：

14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序用于执行权利要求1-9中任意一项所述的方法。

15.一种包括指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1-9中任意一项所述的方法。

技术总结本申请公开了一种量子线路模拟方法和相关装置，获取指数形式的UCC因子转化得到的多项式，通过上述转化，将处于UCC因子指数部分的G转化为多项式中的G的一次项和二次项。根据待模拟的UCC量子线路，确定用于表示该线路所对应对象量子态的波函数和表示该线路的N个UCC因子，在根据波函数和UCC因子进行针对该线路的量子模拟时，将每个UCC因子以前述多项式的形式与波函数进行运算，最终通过量子模拟后得到结果波函数。由于通过多项式转化，将G从指数部分转化为一次项和二次项，大大降低了波函数和UCC因子在量子模拟中的运算复杂度，无需再将UCC因子进行量子门分解即可进行量子模拟，且有效提升量子模拟的效率，快速便捷的确定UCC量子线路所对应对象的量子态。技术研发人员：李维唐受保护的技术使用者：腾讯科技（深圳）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1