基于量子线路的物理系统状态预测方法及相关装置与流程

本发明涉及量子计算领域，具体而言，涉及一种基于量子线路的物理系统状态预测方法及相关装置。

背景技术：

1、现有基于量子线路的预测方法中，首先需要对当前时刻的状态进行量子编码，然后通过训练确定变分量子线路中各参数的取值，最后进行测量，根据测量结果得到下一时刻的状态。可以看出，为了得到准确的预测状态，现有的方法需要大量的数据进行训练，对数据量具有较大的要求，使得状态预测的效率较低。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于量子线路的物理系统状态预测方法及相关装置，能够提高预测的效率。

2、为了实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种基于量子线路的物理系统状态预测方法，方法包括：

4、获取拟设的量子线路和物理系统当前时刻所处的状态信息，所述拟设的量子线路包括含参量子逻辑门；

5、基于物理系统当前时刻所处的状态信息确定当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值；

6、基于量子虚时演化算法qite更新当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值得到下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值，以及基于下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值运行所述拟设的量子线路确定物理系统下一时刻所处的状态信息。

7、在可选的实施方式中，所述物理系统的状态空间包括多个状态，状态信息包括多个所述状态以及每个所述状态的概率，所述基于物理系统当前时刻所处的状态信息确定当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值，包括：

8、基于物理系统当前时刻所处的状态信息包括的多个所述状态以及每个所述状态的概率确定当前时刻所述拟设的量子线路中量子比特的初始量子态；

9、基于所述初始量子态确定当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值，所述拟设的量子线路中量子逻辑门作用于量子态为0的所述量子比特得到所述初始量子态，所述量子逻辑门包括所述含参量子逻辑门。

10、在可选的实施方式中，所述基于量子虚时演化算法qite更新当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值得到下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值，包括：

11、基于物理系统当前时刻所处的状态信息确定所述物理系统当前时刻的哈密顿量；

12、基于qite对当前时刻的哈密顿量进行演化以更新当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值得到下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值。

13、在可选的实施方式中，所述基于物理系统当前时刻所处的状态信息确定所述物理系统当前时刻的哈密顿量的步骤，包括：

14、基于物理系统当前时刻所处的状态信息包括的多个所述状态以及每个所述状态的概率确定当前时刻的状态转移矩阵；

15、基于每个所述状态所服从的分布函数对当前时刻的状态转移矩阵进行处理，得到所述物理系统当前时刻的哈密顿量。

16、在可选的实施方式中，所述基于每个所述状态所服从的分布函数对当前时刻的状态转移矩阵进行处理，得到所述物理系统当前时刻的哈密顿量，包括：

17、确定每个所述状态所服从的分布函数的参数；

18、将所述分布函数的参数乘以当前时刻的状态转移矩阵中每个状态对应的行，得到中间矩阵；

19、将所述中间矩阵中为0的元素值设置为所在行另外几个非0元素值之和的相反数，得到所述物理系统当前时刻的哈密顿量。

20、在可选的实施方式中，所基于qite对当前时刻的哈密顿量进行演化以更新当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值得到下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值，包括：

21、基于所述qite确定矩阵a和矩阵c，其中，矩阵a的元素矩阵c的元素θ为物理系统当前时刻所处的状态信息确定当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值，，θi、θj分别为第i、j个所述含参量子逻辑门的参数值，h为哈密顿量，为当前时刻测量所述拟设量子线路得到的量子态；

22、确定下一时刻对应的预测时间；

23、根据当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值、预测时间、矩阵a以及矩阵c更新当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值得到下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值。

24、在可选的实施方式中，所述根据当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值、预测时间、矩阵a以及矩阵c更新当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值得到下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值的步骤，包括：

25、计算所述预测时间与所述矩阵a的逆矩阵以及所述矩阵c的乘积；

26、计算所述乘积与所述当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值的和；

27、将所述乘积与所述当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值的和作为下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值。

28、在可选的实施方式中，在所述基于下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值运行所述拟设的量子线路确定物理系统下一时刻所处的状态信息的步骤之后，所述方法还包括：

29、基于下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值运行所述拟设的量子线路确定物理系统，得到所述物理系统下一时刻所处的状态信息，其中，所述状态信息包括多个所述状态在下一时刻的概率；

30、计算各所述下一时刻的概率的末态振幅；

31、将各所述末态振幅进行归一化处理，得到下一时刻所处的状态信息的概率值。

32、第二方面，本技术实施例提供了一种基于量子线路的物理系统状态预测装置，所述装置包括：

33、获取模块，用于获取拟设的量子线路和物理系统当前时刻所处的状态信息，所述拟设的量子线路包括含参量子逻辑门；

34、确定模块，用于基于物理系统当前时刻所处的状态信息确定当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值；

35、更新模块，用于基于量子虚时演化算法qite更新当前时刻所述含参量子逻辑门的参数值得到下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值，以及基于下一时刻所述含参量子逻辑门的参数值运行所述拟设的量子线路确定物理系统下一时刻所处的状态信息。

36、第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述基于量子线路的物理系统状态预测方法的步骤。

37、第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述基于量子线路的物理系统状态预测方法的步骤。

38、本技术具有以下有益效果：

39、本技术通过获取拟设的量子线路和物理系统当前时刻所处的状态信息，拟设的量子线路包括含参量子逻辑门，基于物理系统当前时刻所处的状态信息确定当前时刻含参量子逻辑门的参数值，基于量子虚时演化算法qite更新当前时刻含参量子逻辑门的参数值得到下一时刻含参量子逻辑门的参数值，以及基于下一时刻含参量子逻辑门的参数值运行拟设的量子线路确定物理系统下一时刻所处的状态信息。

40、基于本技术提供的基于量子线路的物理系统状态预测方法，有以下几个优势：一、现有的用于预测的量子线路包括三部分，用于制备当前时刻状态的编码单元，用于随机演化的变分单元，以及测量单元，本技术的量子线路只有编码单元，该编码单元的含参量子逻辑门的参数值基于qite确定，线路深度更短，运行时间更短，由于硬件积累的错误率更低，结果更加准确，对于当前nisq时代的量子计算机更加友好；二、由于本方法中拟设量子线路的含参量子逻辑门的参数值基于qite确定，qite建立了量子态随着参数变化的关系，因此没有训练阶段，不需要收集大量的数据，只需要根据当前时刻的状态就可以进行连续预测，从而提高预测效率。