本申請涉及量子信息與量子計(jì)算，尤其涉及基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法、裝置、設(shè)備、存儲介質(zhì)及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
1、在量子信息技術(shù)領(lǐng)域，如何對量子系統(tǒng)中的未知量子態(tài)進(jìn)行高效、精確的檢測和驗(yàn)證，已成為量子物理和量子工程中的關(guān)鍵任務(wù)之一。量子態(tài)層析qst(quantum?statetomography，量子態(tài)層析)是目前最廣泛使用的技術(shù)手段，旨在通過對多個量子態(tài)進(jìn)行多次不同基底的測量，重構(gòu)出系統(tǒng)的密度矩陣。然而，完全量子態(tài)層析方法所需的測量設(shè)置數(shù)量會隨著量子比特?cái)?shù)量的增加而呈指數(shù)增長。這不僅導(dǎo)致硬件資源的高需求，還使得測量過程非常耗時，難以應(yīng)用于大規(guī)模量子系統(tǒng)或者設(shè)備受到硬件限制的情況。
2、此外，現(xiàn)有的量子態(tài)層析技術(shù)還面臨實(shí)驗(yàn)靈活性不足的問題。例如，在量子糾纏檢測和量子態(tài)分類任務(wù)等中，研究者僅僅需要獲取保真度、純度等特定信息，而完全量子態(tài)層析方法難以靈活利用任務(wù)優(yōu)勢，減少方法復(fù)雜度。
3、上述內(nèi)容僅用于輔助理解本申請的技術(shù)方案，并不代表承認(rèn)上述內(nèi)容是現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本申請的主要目的在于提供一種基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法、裝置、設(shè)備、存儲介質(zhì)及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，旨在解決量子系統(tǒng)的檢測過程中效率低的技術(shù)問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)岢鲆环N基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法，所述的方法包括：
3、制備待測量子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)；
4、根據(jù)所述控制系統(tǒng)的狀態(tài)，確定所述待測量子系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的目標(biāo)交換操作；
5、對完成所述目標(biāo)交換操作后的待測量子系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行并行投影測量，得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值；
6、根據(jù)所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值確定所述待測量子系統(tǒng)的狀態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果。
7、在一實(shí)施例中，所述制備待測量子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的步驟包括：
8、確定初始量子態(tài)，將所述初始量子態(tài)通過狀態(tài)變換得到待測量子態(tài)，基于所述待測量子態(tài)組成待測量子系統(tǒng)；
9、確定控制系統(tǒng)；
10、將初態(tài)的輔助比特通過酉變換進(jìn)行初始化操作，基于初始化操作后的輔助比特構(gòu)建輔助系統(tǒng)。
11、在一實(shí)施例中，所述根據(jù)所述控制系統(tǒng)的狀態(tài)，確定所述待測量子系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的目標(biāo)交換操作的步驟包括：
12、當(dāng)所述控制系統(tǒng)的狀態(tài)為第一狀態(tài)時，則所述目標(biāo)交換操作為所述待測量子系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的狀態(tài)保持不變；
13、當(dāng)所述控制系統(tǒng)的狀態(tài)為第二狀態(tài)時，則所述目標(biāo)交換操作為將所述待測量子系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行互換。
14、在一實(shí)施例中，所述對完成所述目標(biāo)交換操作后的待測量子系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行并行投影測量，得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值的步驟包括：
15、對所述待測量子系統(tǒng)進(jìn)行投影測量，得到所述待測量子系統(tǒng)的第一投影測量值；
16、對所述輔助系統(tǒng)進(jìn)行投影測量，得到所述輔助系統(tǒng)的第二投影測量值；
17、對所述控制系統(tǒng)進(jìn)行投影測量，得到所述控制系統(tǒng)的第三投影測量值和第四投影測量值；
18、基于所述第一投影測量值、所述第二投影測量值、所述第三投影測量值和所述第四投影測量值得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值。
19、在一實(shí)施例中，所述基于所述第一投影測量值、所述第二投影測量值、所述第三投影測量值和所述第四投影測量值得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值的步驟包括：
20、對所述第一投影測量值、所述第二投影測量值和所述第三投影測量值進(jìn)行乘積計(jì)算，得到所述待測量子系統(tǒng)的第一可觀測值；
21、對所述第一投影測量值、所述第二投影測量值和所述第四投影測量值進(jìn)行乘積計(jì)算，得到所述待測量子系統(tǒng)的第二可觀測值；
22、基于所述第一可觀測值和所述第二可觀測值，得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值。
23、在一實(shí)施例中，所述基于所述第一可觀測值和所述第二可觀測值，得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值的步驟包括：
24、將所述第一可觀測值的期望值作為目標(biāo)分布值的實(shí)部；
25、根據(jù)所述第二可觀測值的期望，得到所述目標(biāo)分部值的虛部；
26、基于所述目標(biāo)分布值的實(shí)部和所述目標(biāo)分布值的虛部，通過目標(biāo)分布計(jì)算得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值。
27、此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請還提出一種基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)裝置，所述基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)裝置包括：
28、系統(tǒng)制備模塊，用于制備待測量子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)；
29、交換操作模塊，用于根據(jù)所述控制系統(tǒng)的狀態(tài)，確定所述待測量子系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的目標(biāo)交換操作；
30、并行測量模塊，用于對完成所述目標(biāo)交換操作后的待測量子系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行并行投影測量，得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值；
31、狀態(tài)確定模塊，用于根據(jù)所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值確定所述待測量子系統(tǒng)的狀態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果。
32、此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請還提出一種基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)設(shè)備，所述設(shè)備包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序配置為實(shí)現(xiàn)如上文所述的基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法的步驟。
33、此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請還提出一種存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)為計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如上文所述的基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法的步驟。
34、此外，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如上文所述的基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法的步驟。
35、本申請?zhí)岢龅囊粋€或多個技術(shù)方案，至少具有以下技術(shù)效果：
36、本申請公開了一種基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法、裝置、設(shè)備、存儲介質(zhì)及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括：制備待測量子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)；根據(jù)所述控制系統(tǒng)的狀態(tài)，確定所述待測量子系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的目標(biāo)交換操作；對完成所述目標(biāo)交換操作后的待測量子系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行并行投影測量，得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值；根據(jù)所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值確定所述待測量子系統(tǒng)的狀態(tài)檢驗(yàn)結(jié)果。本申請通過將待測量子系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)完成目標(biāo)交換后進(jìn)行并行測量，直接獲取待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值，提高了對待測量子系統(tǒng)的檢測效率。
1.一種基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述制備待測量子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的步驟包括：
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述控制系統(tǒng)的狀態(tài)，確定所述待測量子系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的目標(biāo)交換操作的步驟包括：
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對完成所述目標(biāo)交換操作后的待測量子系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)進(jìn)行并行投影測量，得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值的步驟包括：
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一投影測量值、所述第二投影測量值、所述第三投影測量值和所述第四投影測量值得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值的步驟包括：
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一可觀測值和所述第二可觀測值，得到所述待測量子系統(tǒng)的密度矩陣元素值的步驟包括：
7.一種基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)裝置，其特征在于，所述裝置包括：
8.一種基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序配置為實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法的步驟。
9.一種存儲介質(zhì)，其特征在于，所述存儲介質(zhì)為計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述存儲介質(zhì)上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法的步驟。
10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的基于并行測量的量子系統(tǒng)檢驗(yàn)方法的步驟。