一种量子线路优化方法、装置、设备及介质与流程

本申请属于量子计算，特别是一种量子线路优化方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、变分量子算法是一类基于变分原理的量子算法，通过调整参数化的量子态来近似求解目标问题，在量子计算领域具有重要地位。变分原理是变分量子算法的核心。对于一个量子系统，其真实基态能量是哈密顿量的最小本征值。变分量子算法通过构造一个含可调参数的试探量子态(通常用参数化的量子线路来表示，参数化的量子线路也可以称之为变分量子线路)，计算该量子态下哈密顿量的期望值。这个期望值会大于等于真实的基态能量，通过不断调整参数，使期望值最小化，从而得到接近真实基态能量和基态量子态的近似解。

2、变分量子线路需要制备复杂的量子态以近似目标系统的基态或其他特定态。为了表达这些复杂的量子态，通常需要使用大量的量子逻辑门来构建足够灵活和强大的线路，从而能够覆盖广泛的量子态空间，另外，较深的线路和较多的门数量可以提供更强的表达能力和优化能力，从而提高算法的性能。门数量与量子线路的复杂度成正比，复杂的量子线路占用大量的量子硬件资源才能完成相应的任务。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种量子线路优化方法、装置、设备及介质，旨在降低量子硬件资源的占用。

2、本申请的一个实施例提供了一种量子线路优化方法，所述方法包括：

3、获得变分量子线路，其中，所述变分量子线路包含多个目标量子逻辑门，所述目标量子逻辑门为含有可变参数的量子旋转门；

4、在运行当前变分量子线路得到目标期望值时，计算当前每一目标量子逻辑门的可变参数在目标参数值下对目标期望值的贡献，其中，所述目标期望值为变分量子线路随可变参数的参数值变化至收敛时的期望值；

5、利用计算得到的贡献，确定待删除的目标量子逻辑门；

6、通过在变分量子线路删除待删除的目标量子逻辑门，得到优化后的变分量子线路。

7、可选的，所述方法还包括：

8、计算优化后的变分量子线路中量子比特对的纠缠度；

9、利用计算得到的纠缠度，从所有量子比特对中确定目标比特对，其中，所述目标比对特为待增加纠缠度的量子比特对；

10、通过在所述目标比特对施加量子纠缠门，更新变分量子线路。

11、可选的，更新变分量子线路之后，所述方法还包括：

12、返回执行在运行当前变分量子线路得到目标期望值时，计算当前每一目标量子逻辑门的可变参数在目标参数值下对目标期望值的贡献的步骤，直至不存在待删除的目标量子逻辑门和目标比特对。

13、可选的，所述纠缠度为量子比特对的约化密度矩阵的冯·诺依曼熵。

14、可选的，得到优化后的变分量子线路之后，所述方法还包括：

15、返回执行在运行当前变分量子线路得到目标期望值时，计算当前每一目标量子逻辑门的可变参数在目标参数值下对目标期望值的贡献的步骤，直至不存在待删除的目标量子逻辑门。

16、可选的，所述目标期望值是利用slsqp优化算法对可变参数进行优化得到的。

17、可选的，所述利用计算得到的贡献，确定待删除的目标量子逻辑门，包括：

18、将计算得到的贡献小于预设阈值对应的目标量子逻辑门，作为待删除的目标量子逻辑门。

19、本申请的又一实施例提供了一种量子线路优化装置，所述装置包括：

20、获得模块，用于获得变分量子线路，其中，所述变分量子线路包含多个目标量子逻辑门，所述目标量子逻辑门为含有可变参数的量子旋转门；

21、计算模块，用于在运行当前变分量子线路得到目标期望值时，计算当前每一目标量子逻辑门的可变参数在目标参数值下对目标期望值的贡献，其中，所述目标期望值为变分量子线路随可变参数的参数值变化至收敛时的期望值；

22、确定模块，用于利用计算得到的贡献，确定待删除的目标量子逻辑门；

23、优化模块，用于通过在变分量子线路删除待删除的目标量子逻辑门，得到优化后的变分量子线路。

24、本申请的又一实施例提供了一种计算机设备，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上述任一实施例中的量子线路优化方法。

25、本申请的又一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，该计算机程序被计算机执行时使得，该计算机执行上述任一实施方式中量子线路优化方法。

26、与现有技术相比，本申请在运行当前变分量子线路得到目标期望值时，计算当前每一目标量子逻辑门的可变参数在目标参数值下对目标期望值的贡献；然后利用计算得到的贡献，确定待删除的目标量子逻辑门；再通过在变分量子线路删除待删除的目标量子逻辑门，得到优化后的变分量子线路。通过计算每个目标量子逻辑门的贡献，并利用贡献删除部分量子逻辑门，可以有效简化量子线路，进而降低了量子硬件资源的占用。

1.一种量子线路优化方法，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，所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，更新变分量子线路之后，所述方法还包括：

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述纠缠度为量子比特对的约化密度矩阵的冯·诺依曼熵。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，得到优化后的变分量子线路之后，所述方法还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标期望值是利用slsqp优化算法对可变参数进行优化得到的。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用计算得到的贡献，确定待删除的目标量子逻辑门，包括：

8.一种量子线路优化装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种计算机设备，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权利要求1-7任一项中的量子线路优化方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机执行时使得，该计算机执行权利要求1-7任一项中的量子线路优化方法。