量子门操作信息的获取方法及装置、量子计算机与流程

本发明属于量子计算，特别涉及一种量子门操作信息的获取方法及装置、量子计算机、可读存储介质。

背景技术：

1、量子计算机是一种遵循量子力学规律调控量子信息单元进行计算的新型计算模式。量子门操作是执行量子计算的基本步骤，量子门操作的精度会影响量子计算的结果，因此需要制备高精度的量子门操作。

2、为了制备更高精度的量子门操作，需要对量子门操作的精度进行测量，现有技术中提出的交叉基准随机测量实验虽然能测量量子门操作的精度，但是无法给出量子门操作的全部信息，无法根据实验结果获取量子门操作在各个方向上的误差，不能直接用于提高量子门操作的性能，因此，为了获取量子门操作的全部信息，有必要提出一种量子门操作信息的获取方法。

3、需要说明的是，公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种量子门操作信息的获取方法及装置、量子计算机、可读存储介质，用于获取量子门操作的全部信息，基于得到的量子门操作的全部信息能够给出量子门操作特定误差的定量描述，可直接用于提高量子门的操作性能。

2、为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种量子门操作信息的获取方法，包括：

3、提供n个量子比特和用于作用于n个所述量子比特量子门操作的多种操作组；

4、将每一种所述操作组分别施加到处于第一量子态的n个所述量子比特上，对应获取所述量子比特多个第一密度矩阵；

5、将每一种所述操作组后加待测量子门操作分别施加到处于所述第一量子态的n个所述量子比特上，对应获取所述量子比特多个第二密度矩阵；

6、根据获取的多个所述第一密度矩阵和多个所述第二密度矩阵，获取一包含所述待测量子门操作信息的矩阵。

7、优选的，所述操作组的种类共有4n种，每种所述操作组包括n个态制备操作，所述操作组中的所述态制备操作从一态制备操作集合中获取，所述态制备操作集合中包括至少四个线性无关的所述态制备操作。

8、优选的，所述态制备操作集合为{i，x/2，-x/2，y/2}。

9、优选的，所述根据获取的多个所述第一密度矩阵和多个所述第二密度矩阵，获取一包含所述待测量子门操作信息的矩阵，包括：

10、将多个所述第一密度矩阵转化为第一超算符矩阵；

11、将多个所述第二密度矩阵转化为第二超算符矩阵；

12、根据所述第一超算符矩阵与所述第二超算符矩阵的关系，求解所述待测量子门操作的超算符矩阵，其中，所述第一超算符矩阵左乘所述待测量子门操作的超算符矩阵等于所述第二超算符矩阵；

13、利用泡利算符作为基矢将所述待测量子门操作的超算符矩阵转化为所述包含所述待测量子门操作信息的矩阵。

14、优选的，所述量子比特的数目为2。

15、优选的，所述第一量子态为|0>态。

16、优选的，所述获取所述量子比特当前状态的第一密度矩阵，包括：

17、采用量子状态层析法获取所述量子比特的第一密度矩阵。

18、优选的，所述获取所述量子比特当前状态的第二密度矩阵，包括：

19、采用量子状态层析法获取所述量子比特的第二密度矩阵。

20、第二方面，本申请提供一种量子门操作信息的获取装置，包括：

21、操作组提供模块，用于提供用于作用于n个量子比特量子门操作的多种操作组；

22、第一密度矩阵获取模块，用于将每一种所述操作组施加到处于第一量子态的n个所述量子比特上，对应获取所述量子比特多个第一密度矩阵；

23、第二密度矩阵获取模块，用于将每一种所述操作组后加待测量子门操作分别施加到处于所述第一量子态的n个所述量子比特上，对应获取所述量子比特多个第二密度矩阵；

24、量子门操作信息获取模块，根据获取的多个所述第一密度矩阵和多个所述第二密度矩阵，获取一包含所述待测量子门操作信息的矩阵。

25、第三方面，本申请提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，能实现本申请第一方面提供的所述量子门操作信息的获取方法。

26、第四方面，本申请提供一种量子计算机，包括本申请第二方面提供的所述量子门操作信息的获取装置。

27、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：

28、本发明提供的量子门操作信息的获取方法，第一步提供n个量子比特和作用于n个所述量子比特量子门操作的多种操作组；第二步在所述量子比特为第一量子态下，将每一种操作组施加到所述量子比特上，对应获取所述量子比特多个第一密度矩阵；第三步在所述量子比特为所述第一量子态下，将每一种所述操作组和待测量子门操作依次施加在所述量子比特上，对应获取所述量子比特多个第二密度矩阵；第四步根据获取的多个所述第一密度矩阵和多个所述第二密度矩阵，获取一包含所述待测量子门操作信息的矩阵。本发明提出的量子门操作信息的获取方法，利用两个密度矩阵能够得到待测量子门操作的全部信息，从而能够根据获取的待测量子门的信息较为直接地得到各个方向上的定量误差，进而能够用于提高量子门操作的精度。

29、本发明提出的量子门操作信息的获取装置、量子计算机、可读存储介质，与所述量子门操作信息的获取方法，属于同一发明构思，因此具有相同的有益效果，在此不做赘述。

技术特征：

1.一种量子门操作信息的获取方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的量子门操作信息的获取方法，其特征在于，所述操作组的种类共有4n种，每种所述操作组包括n个态制备操作，所述操作组中的所述态制备操作从一态制备操作集合中获取，所述态制备操作集合中包括至少四个线性无关的所述态制备操作。

3.如权利要求2所述的量子门操作信息的获取方法，其特征在于，所述态制备操作集合为{i，x/2，-x/2，y/2}。

4.如权利要求1所述的量子门操作信息的获取方法，其特征在于，所述根据获取的多个所述第一密度矩阵和多个所述第二密度矩阵，获取一包含所述待测量子门操作信息的矩阵，包括：

5.如权利要求1所述的量子门操作信息的获取方法，其特征在于，所述量子比特的数目为2。

6.如权利要求1所述的量子门操作信息的获取方法，其特征在于，所述第一量子态为|0>态。

7.如权利要求1所述的量子门操作信息的获取方法，其特征在于，所述获取所述量子比特当前状态的第一密度矩阵，包括：

8.如权利要求1所述的量子门操作信息的获取方法，其特征在于，所述获取所述量子比特当前状态的第二密度矩阵，包括：

9.一种量子门操作信息的获取装置，其特征在于，包括：

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，能实现如权利要求1～8中任一项所述的量子门操作信息的获取方法。

11.一种量子计算机，其特征在于，包括如权利要求9所述的量子门操作信息的获取装置。

技术总结
本发明提供了一种量子门操作信息的获取方法和装置、量子计算机，所述量子门操作信息的获取方法包括：提供n个量子比特和用于作用于n个所述量子比特量子门操作的多种操作组；将每一种所述操作组分别施加到处于第一量子态的n个所述量子比特上，对应获取所述量子比特多个第一密度矩阵；将每一种所述操作组后加待测量子门操作分别施加到处于所述第一量子态的n个所述量子比特上，对应获取所述量子比特多个第二密度矩阵；根据获取的多个所述第一密度矩阵和多个所述第二密度矩阵，获取一包含所述待测量子门操作信息的矩阵。本发明的技术方案能够给出待测量子门操作的全部信息，进而可用于提高量子门操作的精度。

技术研发人员：李泽东,赵杨超,钱康
受保护的技术使用者：本源量子计算科技（合肥）股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14