一种量子计算中测量结果分析系统及方法与流程

本发明涉及量子计算的，具体涉及一种量子计算中测量结果分析系统及方法。

背景技术：

1、量子计算是以量子力学为理论基础的新型计算范式，其核心单元量子比特（qubit）通过叠加态和纠缠态实现并行信息处理。在量子计算过程中，量子芯片或模拟器执行量子算法后，需通过量子测量将量子态信息转化为经典可读结果——由于量子测量的坍缩特性，输出结果并非量子态的复振幅，而是各基态的采样次数。可广泛应用于大模型、生物医药、金融科技、密码安全、人工智能、大规模无人系统以及航空航天等领域。

2、量子计算模拟器作为量子硬件发展的重要辅助工具，通过经典计算模拟量子测量过程，同样输出采样结果，通常以直方图形式展示各基态的出现频率，理论上该频率应趋近于量子态测量概率，但受限于有限采样次数，实际采样结果与理论概率间必然存在统计偏差，这种偏差在少样本场景下尤为显著，直接影响对量子算法性能、量子态特性的准确评估。

3、因此，现有的量子计算技术在采样结果处理上存在局限，其输出形式以“基态-频数”直方图及理论概率对比曲线为主，缺乏对采样结果的深度统计分析，无法量化少样本测量结果的不确定性。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有的量子计算技术无法量化少样本测量结果的不确定性的问题，提供一种量子计算中测量结果分析系统及方法。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种量子计算中测量结果分析系统，包括量子计算模拟器、先验设置模块、数据校验模块、后验计算模块、可视化输出模块和反馈优化模块；其中，

4、所述量子计算模拟器，用于进行量子测量，得到基态计数数组；

5、所述先验设置模块，用于默认预设或自定义预设先验分布参数数组；

6、所述数据校验模块，用于校验基态计数数组是否合格；

7、若合格，则触发所述后验计算模块根据基态计数数组和预设的先验分布参数数组进行计算，得到后验分布参数数组；

8、若不合格，则触发量子计算模拟器重新进行量子测量，得到新的基态计数数组；

9、所述后验计算模块，还用于根据后验分布参数数组计算各量子态的统计指标；其中，所述统计指标包括概率密度分布、均值、标准差和置信区间；

10、所述可视化输出模块，用于根据统计指标形成可视化图表；

11、所述反馈优化模块，用于检查测量次数最多的量子态的置信区间宽度是否超过预设的宽度阈值；

12、若是，则反馈增加采样次数，并触发量子计算模拟器重新进行量子测量，得到新的基态计数数组；

13、若否，则保存基态计数数组、先验分布参数数组、后验分布参数数组、统计指标和可视化图表。

14、上述方案中，通过对量子测量结果进行分析，计算得到各量子态的统计指标（包括概率密度分布、均值、标准差和置信区间），而非单一频率，量化了少样本测量结果的不确定性，并且根据统计指标形成可视化图表，将抽象的统计结果转化为直观的可视化信息，便于用户快速理解量子态概率的不确定性范围；同时，通过默认或自定义的先验设置，能够灵活地满足不同量子场景（如算法验证、硬件测试）的需求。

15、优选的，默认预设先验分布参数数组中第个先验分布参数。

16、优选的，合格的基态计数数组满足以下条件：

17、基态计数数组中，第个基态的测量次数为非负整数，且总测量次数不低于预设的次数阈值；

18、其中，分别为个基态的测量次数。

19、优选的，通过以下公式计算得到后验分布参数数组：

20、；

21、其中，分别为个先验分布参数，分别为个基态的测量次数。

22、优选的，通过以下公式计算得到第个量子态的概率密度分布：

23、；

24、其中，为先验分布参数数组，为第个先验分布参数，为除之外的剩余先验分布参数之和，为第个量子态出现的概率，二元贝塔函数，为伽马函数。

25、优选的，通过以下公式计算得到第个量子态的均值：

26、；

27、其中，为第个后验分布参数。

28、优选的，通过以下公式计算得到第个量子态的标准差：

29、；

30、其中，为第个后验分布参数。

31、优选的，所述可视化图表中，以概率值为横坐标，概率密度为纵坐标绘制量子态概率密度分布曲线，并标注均值、标准差和置信区间。

32、优选的，预设的宽度阈值为20%。

33、一种量子计算中测量结果分析方法，基于所述的一种量子计算中测量结果分析系统实现，包括以下步骤：

34、s1：进行量子测量，得到基态计数数组；

35、s2：校验基态计数数组是否合格；

36、若合格，则执行步骤s3；

37、若不合格，则返回步骤s1；

38、s3：根据基态计数数组和预设的先验分布参数数组进行计算，得到后验分布参数数组；

39、s4：根据后验分布参数数组计算各量子态的统计指标；

40、其中，所述统计指标包括概率密度分布、均值、标准差和置信区间；

41、s5：根据统计指标形成可视化图表；

42、s6：检查测量次数最多的量子态的置信区间宽度是否超过预设的宽度阈值；

43、若是，则反馈增加采样次数，返回步骤s1；

44、若否，则保存基态计数数组、先验分布参数数组、后验分布参数数组、统计指标和可视化图表；

45、s7：分析完成。

46、本发明有益的技术效果：

47、本发明提供了一种量子计算中测量结果分析系统及方法，通过对量子测量结果进行分析，计算得到各量子态的统计指标（包括概率密度分布、均值、标准差和置信区间），而非单一频率，量化了少样本测量结果的不确定性，并且根据统计指标形成可视化图表，将抽象的统计结果转化为直观的可视化信息，便于用户快速理解量子态概率的不确定性范围；同时，通过默认或自定义的先验设置，能够灵活地满足不同量子场景（如算法验证、硬件测试）的需求。

1.一种量子计算中测量结果分析系统，其特征在于，包括量子计算模拟器、先验设置模块、数据校验模块、后验计算模块、可视化输出模块和反馈优化模块；其中，

2.根据权利要求1所述的一种量子计算中测量结果分析系统，其特征在于，默认预设先验分布参数数组中第个先验分布参数。

3.根据权利要求1所述的一种量子计算中测量结果分析系统，其特征在于，合格的基态计数数组满足以下条件：

4.根据权利要求1所述的一种量子计算中测量结果分析系统，其特征在于，通过以下公式计算得到后验分布参数数组：

5.根据权利要求1所述的一种量子计算中测量结果分析系统，其特征在于，通过以下公式计算得到第个量子态的概率密度分布：

6.根据权利要求1所述的一种量子计算中测量结果分析系统，其特征在于，通过以下公式计算得到第个量子态的均值：

7.根据权利要求6所述的一种量子计算中测量结果分析系统，其特征在于，通过以下公式计算得到第个量子态的标准差：

8.根据权利要求1所述的一种量子计算中测量结果分析系统，其特征在于，所述可视化图表中，以概率值为横坐标，概率密度为纵坐标绘制量子态概率密度分布曲线，并标注均值、标准差和置信区间。

9.根据权利要求1所述的一种量子计算中测量结果分析系统，其特征在于，预设的宽度阈值为20%。

10.一种量子计算中测量结果分析方法，其特征在于，包括以下步骤：