量子测量设备的噪声消除方法及装置、电子设备和介质与流程

1.本公开涉及量子计算机领域，尤其涉及量子噪声缓释技术领域，具体涉及一种量子测量设备的噪声消除方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。


背景技术：

2.量子计算机技术在近几年得到了飞速发展，但是在可预见的未来量子计算机中的噪声问题是难以避免的：量子比特中的热量耗散或是更底层的量子物理过程中产生的随机波动，将使得量子比特的状态翻转或随机化，以及测量设备读取计算结果出现偏差，都可能导致计算过程失败。
3.具体地，由于仪器、方法、条件等种种因素的局限，量子测量设备无法精准工作从而产生测量噪声，使得实际测量值出现偏差。因此，通常需要降低测量噪声的影响，以期得到测量结果的无偏估计。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种量子测量设备的噪声消除方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
5.根据本公开的一方面，提供了一种量子测量设备的量子噪声消除方法，包括：执行第一操作第一预设次数，以确定至少一个测量结果所各自出现的平均概率值，以作为消除量子噪声后所获得的测量结果，其中，所述第一操作包括以下步骤：获取待测量的n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数；在泡利门集合{单比特泡利x门,单比特泡利y门}中进行n次随机选择，以获得n个泡利门；将所述n个泡利门分别作用在量子态ρ的各个量子比特上，以获得作用后量子态；重复运行所述量子测量设备以对所述作用后量子态进行第二预设次数的测量，并将所获得的二进制字符串形式的测量结果的每个比特位进行状态翻转；以及对所述状态翻转后的测量结果进行统计，以确定所述至少一个测量结果各自出现的概率值。
6.根据本公开的另一方面，提供了一种量子测量设备的噪声消除方法，包括：获取待测量的n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数；确定消除所述量子测量设备的量子噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果；基于量子测量设备校准方法以及所述测量结果，获得消除经典噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果，其中，根据本公开所述的方法确定消除所述量子测量设备的量子噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果。
7.根据本公开的另一方面，提供了一种量子测量设备的量子噪声消除装置，包括：第一确定单元，配置为执行第一操作第一预设次数，以确定至少一个测量结果所各自出现的平均概率值，以作为消除量子噪声后所获得的测量结果，其中，所述第一操作包括以下步骤：获取待测量的n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数；在泡利门集合{单比特泡利x门,单比特泡利y门}中进行n次随机选择，以获得n个泡利门；将所述n个泡利门分别作用在量子态ρ的各个量子比特上，以获得作用后量子态；重复运行所述量子测量设备以对所述作用后量子态进行第二预设次数的测量，并将所获得的二进制字符串形式的测量结果的每个比特位
进行状态翻转；以及对所述状态翻转后的测量结果进行统计，以确定所述至少一个测量结果各自出现的概率值。
8.根据本公开的另一方面，提供了一种量子测量设备的噪声消除装置，包括：第一获取单元，配置为获取待测量的n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数；第二确定单元，配置为确定消除所述量子测量设备的量子噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果；第二获取单元，配置为基于量子测量设备校准方法以及所述测量结果，获得消除经典噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果，其中，根据本公开所述的方法确定消除所述量子测量设备的量子噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果。
9.根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行本公开所述的方法。
10.根据本公开的另一方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行本公开所述的方法。
11.根据本公开的另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现本公开所述的方法。
12.根据本公开的一个或多个实施例，通过泡利x门可泡利y门的作用，可以高效地将量子测量设备中的量子噪声消除，使其只包含经典噪声，从而可以选择更为节约计算资源的量子测量设备校准技术来进一步对该量子测量设备进行错误缓释。
13.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
14.附图示例性地示出了实施例并且构成说明书的一部分，与说明书的文字描述一起用于讲解实施例的示例性实施方式。所示出的实施例仅出于例示的目的，并不限制权利要求的范围。在所有附图中，相同的附图标记指代类似但不一定相同的要素。
15.图1示出了根据本公开的实施例的可以在其中实施本文描述的各种方法的示例性系统的示意图；
16.图2示出了通过量子测量设备校准方法进行错误缓释的流程图；
17.图3示出了根据本公开的实施例的含噪量子测量设备的建模示意图；
18.图4示出了根据本公开的实施例的双比特含噪量子测量设备所对应的ptm矩阵示意图；
19.图5示出了根据本公开的实施例的对量子测量设备进行编译的操作示意图；
20.图6a和6b分别示出了根据本公开的实施例的对量子测量设备进行编译前和后的ptm矩阵示意图；
21.图7示出了根据本公开的实施例的量子测量设备的量子噪声消除方法的流程图；
22.图8和9分别示出了根据本公开的实施例的对两种不同量子设备进行编译前和后的ptm矩阵示意图；
23.图10示出了根据本公开的实施例的量子测量设备的噪声消除方法的流程图；
24.图11示出了根据本公开的实施例的量子测量设备的量子噪声消除装置的结构框
图；
25.图12示出了根据本公开的实施例的量子测量设备的噪声消除装置的结构框图；以及
26.图13示出了能够用于实现本公开的实施例的示例性电子设备的结构框图。
具体实施方式
27.以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
28.在本公开中，除非另有说明，否则使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素不意图限定这些要素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于将一个元件与另一元件区分开。在一些示例中，第一要素和第二要素可以指向该要素的同一实例，而在某些情况下，基于上下文的描述，它们也可以指代不同实例。
29.在本公开中对各种所述示例的描述中所使用的术语只是为了描述特定示例的目的，而并非旨在进行限制。除非上下文另外明确地表明，如果不特意限定要素的数量，则该要素可以是一个也可以是多个。此外，本公开中所使用的术语“和/或”涵盖所列出的项目中的任何一个以及全部可能的组合方式。
30.下面将结合附图详细描述本公开的实施例。
31.迄今为止，正在应用中的各种不同类型的计算机都是以经典物理学为信息处理的理论基础，称为传统计算机或经典计算机。经典信息系统采用物理上最容易实现的二进制数据位存储数据或程序，每一个二进制数据位由0或1表示，称为一个位或比特，作为最小的信息单元。经典计算机本身存在着不可避免的弱点：一是计算过程能耗的最基本限制。逻辑元件或存储单元所需的最低能量应在kt的几倍以上，以避免在热胀落下的误动作；二是信息熵与发热能耗；三是计算机芯片的布线密度很大时，根据海森堡不确定性关系，电子位置的不确定量很小时，动量的不确定量就会很大。电子不再被束缚，会有量子干涉效应，这种效应甚至会破坏芯片的性能。
32.量子计算机(quantum computer)是一类遵循量子力学性质、规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理设备。当某个设备处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机遵循着独一无二的量子动力学规律(特别是量子干涉)来实现一种信息处理的新模式。对计算问题并行处理，量子计算机比起经典计算机有着速度上的绝对优势。量子计算机对每一个叠加分量实现的变换相当于一种经典计算，所有这些经典计算同时完成，并按一定的概率振幅叠加起来，给出量子计算机的输出结果，这种计算称为量子并行计算。量子并行处理大大提高了量子计算机的效率，使得其可以完成经典计算机无法完成的工作，例如一个很大的自然数的因子分解。量子相干性在所有的量子超快速算法中得到了本质性的利用。因此，用量子态代替经典态的量子并行计算，可以达到经典计算机不可比拟的运算速度和信息处理功能，同时节省了大量的运算资源。
33.随着量子计算机技术的飞速发展，由于其强大的计算能力和较快的运行速度，量子计算机的应用范围越来越广。例如，化学模拟是指将真实化学体系的哈密顿量映射到物
理上可操作哈密顿量，然后调制参数和演化时间，以找到能够反映真实化学体系的本征态的过程。在经典计算机上对一个n电子化学体系进行模拟时，涉及到2n维薛定谔方程的求解，计算量会随体系电子数的增加而呈指数式递增。因此经典计算机在化学模拟问题上作用十分有限。想要突破这一瓶颈，就必须依靠量子计算机强大的计算能力。量子本征求解器算法(variational quantum eigensolver，vqe)是一种在量子硬件上进行化学模拟的高效量子算法，是量子计算机近期最有前途的应用之一，开启许多新的化学研究领域。但是现阶段量子计算机测量噪声率明显限制了vqe的能力，因此必须首先处理好量子测量噪声问题。
34.量子本征求解器算法vqe的一个核心计算过程是估计期望值tr[oρ]，其中ρ是由量子计算机生成的n量子比特的量子态(n-qubit quantum state)，而n量子比特可观测量o是真实化学体系的哈密顿量映射到物理上可操作哈密顿量。上述过程是量子计算提取经典信息的最一般形式，有着广泛的应用，可认为是从量子信息中读取经典信息的核心步骤。一般地，可以假设o是一个计算基下的对角矩阵，因此理论上可以通过以下公式计算期望值tr[oρ]：
[0035][0036]
其中，o(i)表示o的第i行第i列元素(假设矩阵元素索引从0开始编号)。上述量子计算过程可以如图1所示，其中，将量子计算机101生成n量子比特量子态ρ并将该量子态ρ经由量子测量设备102进行测量以获得测量结果的过程执行m次，统计输出结果i的次数mi，估算出ρ(i)≈mi/m，进而可以通过经典计算机103估算出tr[oρ]。示例地，量子测量设备102可以通过n(正整数)个单量子比特测量设备1021实现对n量子比特量子态ρ进行测量以获得测量结果。大数定律可以保证当m足够大的时候，上述估算过程是正确的。
[0037]
可以理解的是，量子计算机101和量子测量设备102的组合为通常意义上的量子计算机或量子设备。
[0038]
但是在物理实现中，由于仪器、方法、条件等种种因素的局限，量子测量设备无法精准工作从而产生测量噪声，使得实际估算出的值mi/m和ρ(i)有偏差，导致利用公式(1)计算tr[oρ]出现错误。
[0039]
而噪声的来源既可能是经典噪声，也可能是量子噪声。具体地，对于：
[0040][0041][0042]
在量子测量设备不含噪声的理想情况下，相对应的测量povm(positive operator-valued measure，正算子取值测度)表示为：
[0043][0044][0045]
其中，上标i表示没有噪声(ideal)。在量子测量设备含有量子噪声的情况下，相对
应的测量povm(positive operator-valued measure，正算子取值测度)表示为：
[0046][0047][0048]
其中，为半正定矩阵、上标q表示量子噪声(quantum)。在量子测量设备只含经典噪声的情况下，相对应的测量povm(positive operator-valued measure，正算子取值测度)表示为：
[0049][0050][0051]
其中上标c表示经典噪声(classical)。上述x∈{0,1}n，表示量子测量设备的输出结果。
[0052]
也就是说，在通过上述测量基对输出量子态进行测量、以确定相对应的输出结果时可能存在误差。最终，导致统计输出结果i的次数mi可能不准确。
[0053]
如果量子测量设备中存在量子噪声的话，必须要对量子测量设备进行量子测量设备层析方法(quantum measurement tomography)才能获取噪声的全部信息并进行错误缓释工作；另一方面，如果量子测量设备中只存在经典噪声的话，只需要要对量子测量设备进行量子测量设备校准方法(quantum measurement calibration)就可以获取噪声的全部信息并进行错误缓释工作。相对校准方法，层析方法能提取更多的信息，但是消耗的资源也更多。
[0054]
以单量子比特为例，假设分别制备了大量|0》态和|1》态，经过量子测量设备测量后得到测量结果，发现得到x＝0测量结果的概率分别为0.9和0.2，x＝1测量结果的概率分别为0.1和0.8。可以写出对应的观测算符：
[0055][0056][0057]
由于可以确定γ1,γ2之间数值上的关系。这里的γ1,γ2就是量子噪声的来源，是通常只能通过层析方法才能刻画的量。
[0058]
而量子测量设备层析方法和量子测量设备校准方法均是用于对量子测量设备进行错误缓释的常用技术。
[0059]
量子测量设备层析方法制备不同的输入态并使用量子测量设备进行测量，根据统计数据来构造测量算符πq。通过层析方法得到的测量算符可以完整地刻画出量子测量设备的量子噪声性质。但是，层析方法虽然可以将量子噪声完整地刻画出来，但量子态和测量基需要张成整个量子空间，因此层析代价非常高昂，需要的资源为o(4n)(n为量子测量设备
的量子比特数)。
[0060]
量子测量设备校准方法通过运行校准电路所生成的校准数据，构建出经典矩阵пc，该矩阵刻画了含噪量子测量设备的经典噪声信息，在后续需要执行某个具体量子计算任务时，可以利用已得到的校准矩阵пc处理这个任务对应的量子电路所生成的含噪输出数据，从而缓释输出数据的误差。
[0061]
示例地，在利用校准方法对测量设备进行错误缓释的过程中，通常，可以先校准测量设备然后纠正测量设备输出结果，其工作流程可以如图2所示。在这个测量噪声处理基本流程中，实验人员首先制备很多校准电路(步骤210)，然后将这些校准电路在实际测量设备中运行(步骤220)，以探测测量设备的基本信息。具体地，可以在如图1所示的系统中通过量子计算机101构造相应的校准电路，以获得相应的标准基量子态。标准基量子态经测量设备102多次测量后生成校准数据(步骤230)。利用生成的校准数据，可以构造得到一个校准矩阵a(步骤240)，该矩阵刻画了含噪测量设备的经典噪声信息。后续当需要执行某个具体量子计算任务时，可以首先构造计算任务所对应的量子电路(步骤s10)，并在实际设备中运行这个任务对应的量子电路(步骤s20)，并获得量子电路的含噪输出数据{mi}i(步骤s30)。随后，可以利用已得到的校准矩阵a后处理这些含噪数据(步骤s40)：
[0062][0063]
其中，a-1
表示校准矩阵a的逆。通过校准之后的概率分布p近似{ρ(i)}i，进而计算期望值tr[oρ](步骤s50)，可以有效消除经典噪声的影响，从而提高计算期望值的精度。
[0064]
量子测量设备校准方法虽然需要的计算资源相对较低，但是只能刻画经典噪声。经典噪声只能反映出测量设备噪声的部分来源，比如统计误差这类在后续的数据处理中可以通过统计方法来缓释的噪声，然而如果量子测量设备的量子噪声比较显著，噪声的主要来源是量子噪声，此时获得的含噪测量数据无论通过何种高明的统计手段，都无法准确缓释其误差。
[0065]
因此，可以考虑去除或抵消掉量子测量设备中的量子噪声，这样剩下的即为经典噪声。然后，即可使用量子测量设备校准技术来处理量子测量设备的经典噪声，从而节约量子测量噪声处理所消耗的资源。
[0066]
根据本公开的实施例，提供了一种量子测量设备的量子噪声消除方法，包括：执行第一操作第一预设次数，以确定至少一个测量结果所各自出现的平均概率值，以作为消除量子噪声后所获得的测量结果，其中，所述第一操作包括以下步骤：获取待测量的n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数；在泡利门集合{单比特泡利x门,单比特泡利y门}中进行n次随机选择，以获得n个泡利门；将所述n个泡利门分别作用在量子态ρ的各个量子比特上，以获得作用后量子态；重复运行所述量子测量设备以对所述作用后量子态进行第二预设次数的测量，并将所获得的二进制字符串形式的测量结果的每个比特位进行状态翻转；以及对所述状态翻转后的测量结果进行统计，以确定所述至少一个测量结果各自出现的概率值。
[0067]
根据本公开的实施例，通过泡利x门和泡利y门的作用，可以高效地将量子测量设备中的量子噪声消除，使其只包含经典噪声，从而可以选择更为节约计算资源的量子测量设备校准技术来进一步对该量子测量设备进行错误缓释。
[0068]
在本公开中，对于含噪量子测量设备，如图3所示，可以将其建模为含噪信道301和理想测量设备302的组合，输入的量子态会先被含噪信道301扰动，然后通过理想测量设备302进行测量，导致测量结果出现误差。通常，可以用povmп＝{п
x
}
x
来描述该含噪量子测量设备，其中п
x
表示输出x对应的观测算符。等价地，可以将该测量过程视为一个特殊的量子-经典信道(该信道的输入为量子态，输出为经典态)，具有如下形式：
[0069][0070]
假设是n比特算符空间的一组正交基，则量子态ρ可以表示为：
[0071][0072]
αi＝tr[piρ]
[0073][0074]
在泡利转换矩阵(pauli transfer matrix，ptm)表达下，存在以下表示式：
[0075][0076]
其中，γ为4n×4n
的实数矩阵，能够完全刻画量子信道的信息。
[0077]
因此，在泡利转换矩阵(pauli transfer matrix，ptm)表达下，该量子-经典信道可以表示为一个4n×4n
的矩阵该矩阵的第i行第j列元素为：
[0078][0079]
其中，pi、pj分别为第i个和第j个n量子比特pauli算符。
[0080]
在ptm表达下，当量子测量设备仅仅存在经典噪声时，ptm矩阵中只有部分元素为非零值；但是如果量子测量设备存在量子噪声时，则会有更多的元素为非零值。以双比特含噪量子测量设备为例，量子噪声与经典噪声对测量信道的影响可以如图4所示。图4示出了两量子比特量子测量设备的量子信道的ptm矩阵，其中浅灰色部分为会受到量子噪声影响的元素，深灰色部分为会受到经典噪声影响的元素。为了把量子噪声转换为经典噪声(或消除量子噪声)，需要擦除所有浅灰色部分元素(即将其初始化为零值)。
[0081]
在本公开中，可以通过xy twirling(xy翻转)技术擦除ptm中的所有浅灰色部分元素，从而将量子噪声转换为经典噪声。具体而言，该技术会在量子测量设备的前后随机选择pauli x算符或pauli y算符(由此得名xy twirling)并插入到测量电路中进行编译。pauli x算符和pauli y算符分别如下所示：
[0082][0083]
所对应的编译过程数学表示为：
[0084][0085]
其中，m
′
表示经过xy twirling之后的量子测量信道。可以证明，这样得到的新测量信道m
′
仅仅包含经典噪声。基于xy twirling技术的编译操作可以如图5所示，在含噪量子测量设备的前后各作用一个随机采样得到的pauli算符，其中前一个pauli算符可以使用对应的pauli门实现，而后一个pauli算符则可以通过“翻转”输出比特串实现。
[0086]
本公开利用xy twirling技术，可以将量子噪声产生的影响转换为经典噪声的影响。可以注意的是，在本公开中通过xy twirling技术编译后，量子噪声可以被去除，但是经典噪声可能不变也可能发生变化。在图3所示的示例中，xy twirling技术将会擦除所有深灰色部分对应的元素。
[0087]
示例地，可以通过数值模拟来展示xy twirling的正确性。首先，先随机生成一组含噪的povm，计算获得对应的ptm矩阵，如图6a所示。再通过xy twirling技术编译获得处理后的ptm矩阵，其模拟结果可以如图6b所示。根据图6a和6b可以看出，所有量子噪声对应的元素都被擦除，剩下的元素则对应经典噪声。
[0088]
具体地，图7示出了根据本公开的实施例的量子测量设备的量子噪声消除方法的流程图。如图7所示，执行以下第一操作第一预设次数(步骤710)：获取待测量的n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数(步骤7101)；在泡利门集合{单比特泡利x门,单比特泡利y门}中进行n次随机选择，以获得n个泡利门(步骤7102)；将n个泡利门分别作用在量子态ρ的各个量子比特上，以获得作用后量子态(步骤7103)；重复运行量子测量设备以对作用后量子态进行第二预设次数的测量，并将所获得的二进制字符串形式的测量结果的每个比特位进行状态翻转(步骤7104)；以及对状态翻转后的测量结果进行统计，以确定至少一个测量结果各自出现的概率值(步骤7105)；基于第一预设次数的第一操作后所获得的至少一个测量结果各自对应的所有概率值，确定至少一个测量结果各自出现的平均概率值(步骤720)。
[0089]
根据一些实施例，所述第一预设次数不小于2n。当第一预设次数不下于2n时，可以达到穷举效果(当第一预设次数大于2n时存在一定冗余)，从而使得测量结果更接近于量子噪声消除后的测量结果，提高测量结果的精确度。当然，第一预设次数也可以小于2n，此时可能使得测量结果存在部分误差。因此，设计人员可以根据具体需求设置合适的第一预设次数值。
[0090]
在根据本公开的示例性实施例中，可以通过以下步骤消除量子测量设备中的量子噪声。
[0091]
在步骤1中，输入n量子比特的量子态ρ，从单比特pauli门{x,y}集合中随机选择n个pauli门，记为{p1,p2,...,pn}。
[0092]
在步骤2中，将{p1,p2,...,pn}依次作用在量子态ρ的n个量子比特上，再用含噪量子测量设备进行m
shots
次测量，并将每次的二进制字符串输出结果x进行状态翻转，记为统计输出结果的次数
[0093]
在步骤3中，利用统计结果，估算得到
[0094]
在步骤4中，将步骤1-3重复n次，并将第i次的统计结果记为获得平均
概率分布：
[0095][0096]
其中，即为消除量子噪声后对输入量子态ρ进行测量所得到的测量结果，并且该测量结果只包含经典噪声的影响。
[0097]
理论上，本公开实施例所述的量子测量噪声处理方案适用于所有量子测量设备，可以将量子测量设备中含有的量子噪声转换为经典噪声，进而可以用经典噪声的处理方法对数据进行校准，从而减少了量子资源的消耗。
[0098]
在根据本公开实施例所述的方法的一个示例性应用中，以ibm的5量子比特(ibm quito)真机和ibm的fakemontreal 63量子比特模拟器为例来测试本公开实施例所述的方法，其中fakemontreal含噪模拟器是ibm montreal超导量子计算机对应的模拟器，其噪声数据很大程度上还原真机的噪声数据。示例地，以2量子比特为例，根据上面所述的方法进行随机编译，利用探测器层析成像(detector tomography)获取povm元素(复数取模长)，并与随机编译前的povm元素进行对比。fakemontreal 63量子比特模拟器和5量子比特(ibm quito)真机所对应的对比结果分别如图8和9所示。在图8和图9中，第一行图示为随机编译前的povm元素，第二行图示为随机编译后的povm元素，第三行为随机编译前和后的povm元素差值。
[0099]
根据本公开的实施例，还提供了一种量子测量设备的噪声消除方法。图10示出了根据本公开的实施例的量子测量设备的噪声消除方法的流程图。如图10所示，方法1000包括：获取待测量的n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数(步骤1010)；确定消除所述量子测量设备的量子噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果(步骤1020)；基于量子测量设备校准方法以及所述测量结果，获得消除经典噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果(步骤1030)。可以根据上述任一实施例所述的方法确定消除所述量子测量设备的量子噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果。
[0100]
可以理解的是，这里的量子测量设备校准方法可以是任何合适的校准方法，例如上面参考图2所述的方法，在此不作限制。
[0101]
根据本公开的实施例，如图11所示，还提供了一种量子测量设备的量子噪声消除装置1100，包括：第一确定单元1110，配置为执行第一操作第一预设次数，以确定至少一个测量结果所各自出现的平均概率值，以作为消除量子噪声后所获得的测量结果，其中，所述第一操作包括以下步骤：获取待测量的n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数；在泡利门集合{单比特泡利x门,单比特泡利y门}中进行n次随机选择，以获得n个泡利门；将所述n个泡利门分别作用在量子态ρ的各个量子比特上，以获得作用后量子态；重复运行所述量子测量设备以对所述作用后量子态进行第二预设次数的测量，并将所获得的二进制字符串形式的测量结果的每个比特位进行状态翻转；以及对所述状态翻转后的测量结果进行统计，以确定所述至少一个测量结果各自出现的概率值。
[0102]
这里，量子测量设备的量子噪声消除装置1100的上述各单元的操作分别与前面描述的步骤710～720的操作类似，在此不再赘述。
[0103]
根据本公开的实施例，如图12所示，还提供了一种量子测量设备的噪声消除装置
1200，包括：第二获取单元1210，配置为获取待测量的n量子比特的量子态ρ，其中n为正整数；第二确定单元1220，配置为确定消除所述量子测量设备的量子噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果；第三获取单元1230，配置为基于量子测量设备校准方法以及所述测量结果，获得消除经典噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果。根据上面任一个实施例所述的方法确定消除所述量子测量设备的量子噪声后的所述量子态ρ所对应的测量结果。
[0104]
根据本公开的实施例，还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
[0105]
参考图13，现将描述可以作为本公开的服务器或客户端的电子设备1300的结构框图，其是可以应用于本公开的各方面的硬件设备的示例。电子设备旨在表示各种形式的数字电子的计算机设备，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
[0106]
如图13所示，电子设备1300包括计算单元1301，其可以根据存储在只读存储器(rom)1302中的计算机程序或者从存储单元1308加载到随机访问存储器(ram)1303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 1303中，还可存储电子设备1300操作所需的各种程序和数据。计算单元1301、rom 1302以及ram 1303通过总线1304彼此相连。输入/输出(i/o)接口1305也连接至总线1304。
[0107]
电子设备1300中的多个部件连接至i/o接口1305，包括：输入单元1306、输出单元1307、存储单元1308以及通信单元1309。输入单元1306可以是能向电子设备1300输入信息的任何类型的设备，输入单元1306可以接收输入的数字或字符信息，以及产生与电子设备的用户设置和/或功能控制有关的键信号输入，并且可以包括但不限于鼠标、键盘、触摸屏、轨迹板、轨迹球、操作杆、麦克风和/或遥控器。输出单元1307可以是能呈现信息的任何类型的设备，并且可以包括但不限于显示器、扬声器、视频/音频输出终端、振动器和/或打印机。存储单元1308可以包括但不限于磁盘、光盘。通信单元1309允许电子设备1300通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据，并且可以包括但不限于调制解调器、网卡、红外通信设备、无线通信收发机和/或芯片组，例如蓝牙tm设备、802.11设备、wifi设备、wimax设备、蜂窝通信设备和/或类似物。
[0108]
计算单元1301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元1301的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元1301执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法700。例如，在一些实施例中，方法700可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元1308。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 1302和/或通信单元1309而被载入和/或安装到电子设备1300上。当计算机程序加载到ram 1303并由计算单元1301执行时，可以执行上文描述的方法700的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元1301可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法700。
[0109]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0110]
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0111]
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0112]
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0113]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)和互联网。
[0114]
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
[0115]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例
如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行、也可以顺序地或以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0116]
虽然已经参照附图描述了本公开的实施例或示例，但应理解，上述的方法、系统和设备仅仅是示例性的实施例或示例，本发明的范围并不由这些实施例或示例限制，而是仅由授权后的权利要求书及其等同范围来限定。实施例或示例中的各种要素可以被省略或者可由其等同要素替代。此外，可以通过不同于本公开中描述的次序来执行各步骤。进一步地，可以以各种方式组合实施例或示例中的各种要素。重要的是随着技术的演进，在此描述的很多要素可以由本公开之后出现的等同要素进行替换。