CN117669751A

CN117669751A - 量子电路模拟方法、装置及电子设备

Info

Publication number: CN117669751A
Application number: CN202311660692.8A
Authority: CN
Inventors: 曹雅
Original assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2023-12-05
Filing date: 2023-12-05
Publication date: 2024-03-08

Abstract

本公开提供了一种量子电路模拟方法、装置及电子设备，涉及量子计算技术领域，具体涉及量子电路技术领域。具体实现方案为：获取量子电路的结构信息，量子电路包括N个量子操作，N个量子操作包括量子噪声；基于结构信息，获取量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示和量子操作的作用比特；针对每个量子操作，以量子操作的作用比特为目标指标顺序，对量子电路模拟过程中第一量子态的第一张量表示进行目标操作，得到第一量子态的矩阵表示，对量子操作的超算子的矩阵表示和第一量子态的矩阵表示进行矩阵乘积处理，以得到量子电路的模拟结果；目标操作包括移轴操作和矩阵整形操作，第一量子态以量子电路的初始量子态为起始量子态经过量子操作的演化得到。

Description

量子电路模拟方法、装置及电子设备

技术领域

本公开涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子电路技术领域，具体涉及一种量子电路模拟方法、装置及电子设备。

背景技术

量子计算，作为信息科学领域的前沿研究领域，吸引了学术界和工业界的广泛研究兴趣与投资。其借助了诸如量子叠加与量子纠缠等特性，拥有着潜在的计算速度与信息处理能力，远远超越了经典计算机的极限。然而，要实现能够在实际应用中使用的量子计算机，必须克服众多技术挑战，其中之一就是应对量子噪声的问题。

因此，研究量子噪声下的量子电路模拟至关重要，可以更好地理解和分析量子噪声对计算性能的影响，同时也为提高量子计算机的可靠性与性能提供了重要支持。相关技术中，通常是将量子混态向量化，从而将量子门或量子噪声与量子态计算问题转化为矩阵与向量乘法问题。

发明内容

本公开提供了一种量子电路模拟方法、装置及电子设备。

根据本公开的第一方面，提供了一种量子电路模拟方法，包括：

获取量子电路的结构信息，所述量子电路包括N个量子操作，所述N个量子操作包括量子噪声，N为正整数；

基于所述结构信息，获取所述量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示和所述量子操作的作用比特；

针对每个量子操作，以所述量子操作的作用比特为目标指标顺序，对所述量子电路模拟过程中第一量子态的第一张量表示进行目标操作，得到所述第一量子态的矩阵表示，对所述量子操作的超算子的矩阵表示和所述第一量子态的矩阵表示进行矩阵乘积处理，以得到所述量子电路的模拟结果；

其中，所述目标操作包括移轴操作和矩阵整形操作，所述第一量子态是以所述量子电路的初始量子态为起始量子态经过量子操作的演化得到的，所述模拟结果用于确定所述量子电路在量子噪声下执行的量子计算任务的任务结果。

根据本公开的第二方面，提供了一种量子电路模拟装置，包括：

第一获取模块，用于获取量子电路的结构信息，所述量子电路包括N个量子操作，所述N个量子操作包括量子噪声，N为正整数；

第二获取模块，用于基于所述结构信息，获取所述量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示和所述量子操作的作用比特；

操作模块，用于针对每个量子操作，以所述量子操作的作用比特为目标指标顺序，对所述量子电路模拟过程中第一量子态的第一张量表示进行目标操作，得到所述第一量子态的矩阵表示；

处理模块，用于对所述量子操作的超算子的矩阵表示和所述第一量子态的矩阵表示进行矩阵乘积处理，以得到所述量子电路的模拟结果；

根据本公开的第三方面，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；其中，

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第一方面中的任一项方法。

根据本公开的第四方面，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第一方面中的任一项方法。

根据本公开的第五方面，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第一方面中的任一项方法。

根据本公开的技术解决了相关技术中量子噪声下的量子电路模拟的效率比较低的问题。

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

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1是根据本公开第一实施例的量子电路模拟方法的流程示意图；

图2是一示例的量子电路模拟方法的完整流程示意图；

图3是根据本公开第二实施例的量子电路模拟装置的结构示意图；

图4是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。

具体实施方式

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和精神。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。

第一实施例

如图1所示，本公开提供一种量子电路模拟方法，包括如下步骤：

步骤S101：获取量子电路的结构信息，所述量子电路包括N个量子操作，所述N个量子操作包括量子噪声，N为正整数。

本实施例中，量子电路模拟方法涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子电路技术领域，其可以广泛应用于量子噪声下的量子电路模拟场景下，对量子计算的实际应用，如信息安全、材料科学、制药和人工智能等具有潜在影响。本公开实施例的量子电路模拟方法，可以由本公开实施例的量子电路模拟装置执行。本公开实施例的量子电路模拟装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的量子电路模拟方法。

相关技术中，基于密度矩阵的量子噪声下的量子电路模拟是主流方法之一。该方法主要通过量子混合态的密度矩阵表示和量子噪声的Kraus算子和表示来描述量子噪声下的量子电路，之后，使用密度矩阵演化的方式来模拟噪声效应。

这种方法允许精确地模拟量子噪声下的量子电路，然而其计算复杂度与Kraus算子的个数密切相关。考虑一个n-qubit的量子电路，和一个包含L个m-qubit Kraus算子的量子噪声，计算该量子噪声对量子态的作用结果，需要L次(m,m)阶张量与(n,n)阶张量的缩并处理。

为了提高模拟效率，可以提供一种基于超算子表示的量子噪声电路模拟方法，该方法将量子混态向量化并将量子门或量子噪声表示为超算子形式，从而将量子门或量子噪声与量子态计算问题转化为矩阵与向量乘法问题。基于超算子表示的量子噪声模拟方案具体步骤如下：

将量子初态向量化，并将量子门和量子噪声表示成超算子的矩阵形式；

计算量子门或量子噪声对量子态的作用结果，这个过程涉及非标准形式矩阵与向量乘法；其关键步骤是，根据量子门或量子噪声的作用比特，倒推量子态向量中被影响的元素位置，进而计算被影响的向量元素，从而更新作用后量子态；

反复执行上述过程，直到处理完所有量子门和量子噪声，以得到量子末态的向量。

然而，该方法中需要执行非标准形式的矩阵与向量乘法，并需要倒推受影响的量子态向量元素位置，由于需要在不连续的内存位置上执行计算，可能会导致缓存未命中，因此，可能会导致较慢的计算速度，使得量子噪声下的量子电路的模拟效率比较低。

并且，需要自行编写高效的矩阵与向量乘法函数，随着量子电路规模增大以及量子门或量子噪声种类变得复杂，需要编写和维护大量的矩阵与向量乘法函数，这将导致代码复杂性上升、可维护性下降，因此会增加了代码编程和维护的复杂性，使得量子噪声下的量子电路模拟的性能与非标准形式的矩阵与向量乘法算法性能强相关。

而且，涉及到非标准的矩阵乘积运算，因此无法直接利用高度优化的矩阵乘积库来提高性能，这可能导致性能下降，为性能提升带来挑战。

本实施例的目的即在于将量子噪声下的量子电路模拟过程中张量缩并问题转化为标准的矩阵乘积问题，从而提高计算性能，进而提高量子噪声电路模拟的效率。

结构信息可以为量子电路的电路图，也可以为量子电路的操作指令列表，这里不进行具体限定。其中，结构信息可以指示量子电路包括n个量子比特和N个量子操作，以及n个量子比特的量子位和N个量子操作的排列顺序，n和N均为正整数。

N个量子操作包括量子门和量子噪声，量子电路的N个量子操作可以表示为M_k是一个量子门或一个量子噪声，可以将其统称为量子操作。

另外，对于为量子噪声的量子操作，量子电路的结构信息中，也可以包括量子噪声所作用的量子比特和量子噪声的种类等。

可以获取设备生成或用户输入的量子电路的结构信息，也可以接收其他设备发送的量子电路的结构信息，这里不进行具体限定。

步骤S102：基于所述结构信息，获取所述量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示和所述量子操作的作用比特。

可以基于量子电路的结构信息，获取每个量子操作的指示信息，该指示信息可以包括量子操作的种类(如量子门为CNOT门)和所作用的量子比特等等。相应的，可以基于量子操作的指示信息，确定量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示和量子操作的作用比特。

该步骤中，通过利用量子操作的超算子表示，将其表示为超算子的矩阵形式和作用比特的二元组，这样可以利用矩阵乘积同构技术来降低量子噪声与量子态张量缩并计算的复杂度。

另外，基于量子电路的结构信息，也可以获取量子电路的初始量子态的密度矩阵，将初始量子态的密度矩阵转化为张量表示。

步骤S103：针对每个量子操作，以所述量子操作的作用比特为目标指标顺序，对所述量子电路模拟过程中第一量子态的第一张量表示进行目标操作，得到所述第一量子态的矩阵表示；

步骤S104：对所述量子操作的超算子的矩阵表示和所述第一量子态的矩阵表示进行矩阵乘积处理，以得到所述量子电路的模拟结果。

其中，所述目标操作包括移轴操作和矩阵整形操作，所述第一量子态是以所述量子电路的初始量子态为起始量子态经过量子操作的演化得到的，所述模拟结果用于确定所述量子电路在量子噪声下执行的量子计算任务的任务结果。第一量子态是以所述量子电路的初始量子态为起始量子态经过一次或多次量子操作的演化得到的，在得到量子末态之前，演化过程的中间量子态均可以称之为第一量子态。

在步骤S103中，可以按照量子电路中量子操作的顺序，针对每个量子操作，以其作用比特为目标指标顺序，对量子电路模拟过程中第一量子态的第一张量表示进行移轴操作和矩阵整形操作。

其中，第一量子态可以为该量子操作演化之前的量子态，在量子电路起始演化时，第一量子态为量子电路的初始量子态。在量子噪声下，初始量子态可以为高维的量子纯态的张量形式，其可以用2n阶张量表示，n为量子电路中量子比特数量。

在针对当前量子操作的作用比特对第一量子态的第一张量表示进行移轴操作和矩阵整形操作后，可以基于当前量子操作的超算子的矩阵表示和第一量子态的矩阵表示进行矩阵乘积处理，以实现量子态与量子操作的张量缩并处理，更新第一量子态。

其中，针对当前量子操作，在执行完步骤S103和步骤S104的情况下，若量子电路中量子操作未处理完，则循环执行步骤S103和步骤S104，直至模拟完所有的量子操作，得到量子电路的模拟结果。

针对当前量子操作M_k，得到其超算子的矩阵表示S_M，及其作用比特(q₀,…,q_m-1)，超算子的矩阵表示如下式(1)所示。

以作用比特(q₀,…,q_m-1)为目标指标顺序，对第一量子态执行张量移轴，用下式(2)表示。

其中，上式(2)中，I是第一量子态的量子比特中除当前量子操作的作用比特之外余下的指标。

对第一量子态移轴操作后的张量表示执行矩阵整形操作，如下式(3)所示。

其中，A为第一量子态的矩阵表示。

通过移轴操作和矩阵整形操作，以及将量子操作表示为超算子的矩阵表示后，使得第一量子态的矩阵表示和量子操作的超算子的矩阵表示可以进行矩阵乘积处理，因此，可以将量子态与量子操作的张量缩并问题转换为矩阵乘法问题，即对量子操作的超算子的矩阵表示和第一量子态的矩阵表示进行矩阵乘积处理，以完成量子态与量子操作的张量缩并计算，得到更新后的第一量子态的矩阵表示，如下式(4)所示。

其中，A^′为更新后的第一量子态的矩阵表示。

之后，将更新后的第一量子态的矩阵表示整形为张量形式，将更新后的第一量子态的张量表示进行移轴操作，以便将其张量指标顺序移动到初始量子态的量子比特顺序，这样可以得到更新后的第一量子态的第一张量表示。在量子操作未处理完成的情况下，可以获取量子电路的下一个量子操作，基于更新后的第一量子态的第一张量表示继续进行量子噪声下的量子电路模拟，直至量子电路的量子操作均处理完成。

由于将量子操作转化为超算子的矩阵表示，同时以当前量子操作的作用比特为目标指标顺序，对第一量子态的第一张量表示进行移轴操作和矩阵整形操作，将其转化为矩阵表示，使得第一量子态的矩阵表示与当前量子操作的超算子的矩阵表示可以进行矩阵乘积处理，这样可以将量子态与量子操作的张量缩并转化为量子操作的超算子的矩阵表示与第一量子态的矩阵表示的矩阵乘积处理，从而利用了矩阵乘积同构技术，实现量子电路模拟过程中量子态与量子操作的张量缩并计算。

相应的，在得到量子电路的模拟结果的情况下，可以基于该模拟结果进行量子态测量，以确定量子电路在量子噪声下执行的量子计算任务的任务结果，更加符合量子计算任务执行的实际场景。该量子计算任务可以为量子计算领域的任务，如量子通信、量子计算协议、量子密钥分发协议等任务。

本实施例中，将量子门或量子噪声表示为超算子的矩阵形式和作用比特的二元组，并将量子态向量化转化为张量表示，以将量子操作与量子态计算转化为一次张量缩并处理；之后以量子电路中量子操作的作用比特为目标指标顺序，对量子电路模拟过程中第一量子态的第一张量表示进行移轴操作和矩阵整形操作，将其转化为矩阵表示，使得第一量子态的矩阵表示与当前量子操作的超算子的矩阵表示进行矩阵乘积处理，这样可以将量子态与量子操作的张量缩并转化为量子操作的超算子的矩阵表示与第一量子态的矩阵表示的矩阵乘积处理，从而利用了矩阵乘积同构技术，实现量子电路模拟过程中量子态与量子操作的张量缩并计算，进而可以降低计算复杂度，提高量子操作与量子态之间的计算效率，提高量子噪声下的量子电路的模拟效率。

并且，对于不同类型的量子噪声和量子门计算方式具有高度统一性，且计算逻辑比较简单，适用于各种量子态和量子门以及量子噪声的计算方式，在实现上所需的代码更加精简，代码量较少，因此具有高可维护性，有助于代码的长期稳定性和可扩展性。此外，可以采用标准矩阵乘积计算，核心计算包括标准矩阵乘积计算，因此可持续性收益于矩阵乘积算法的优化方法，也容易在未来的矩阵乘积算法优化中进行拓展和改进，使其始终保持高效性。

通常情况下，一个量子门可以由一个酉算子U表示，而一个量子噪声ε可以由一组Kraus算子{E_k}表示。可选的，所述量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示通过以下方式获取：

基于所述结构信息，获取所述量子电路中量子操作的算子表示；在所述量子操作为量子门的情况下，所述量子操作的算子表示为酉算子，在所述量子操作为量子噪声的情况下，所述量子操作的算子表示为Kraus算子；

基于所述算子表示，确定所述量子操作的超算子的矩阵表示。

本实施方式中，可以基于量子电路的结构信息，获取量子操作的指示信息，基于该指示信息，确定量子门的酉算子U以及量子噪声的Kraus算子。

可以初始化量子门和量子噪声，将其表示为超算子的矩阵形式，基于量子门的酉算子U对量子门执行如下式(5)所示的转化，以及基于量子噪声的Kraus算子对量子噪声执行如下式(6)所示的转化。

其中，S_U为量子门的超算子的矩阵表示，S_ε为量子噪声的超算子的矩阵表示，表示量子操作M的复共轭。

如此，可以简便地获取量子操作的超算子的矩阵表示。

可选的，所述得到所述量子电路的模拟结果，包括：

在所述量子电路中量子操作模拟完成的情况下，将所述矩阵乘积处理得到的量子态的矩阵表示整形为张量表示；

以所述量子电路的初始量子态中量子比特的排列顺序为目标指标顺序，将矩阵乘积处理得到的量子态的张量表示进行移轴操作，得到所述模拟结果。

如此，可以完成量子电路的模拟过程，实现量子电路的模拟结果的确定。

可选的，所述初始量子态为量子纯态的张量形式，用2n阶张量表示，n为所述量子电路中量子比特的数量。

本实施方式中，初始化量子电路对应的初始量子态密度矩阵为一个2n阶张量，对初始量子态密度矩阵执行如下(7)所示的转化，可以将量子混态表示成高维的量子纯态的张量形式。

如此，可以简化量子噪声下量子电路的模拟过程。

可选的，在经过所述量子噪声的演化情况下，得到的所述第一量子态为量子混态的张量形式，所述第一量子态的第一张量表示通过以下方式获取：

以所述初始量子态为起始量子态，基于所述2n阶张量表示进行量子态与量子操作的张量缩并；

将张量缩并的计算结果确定为所述第一张量表示。

初始量子态设是量子纯态，在经过量子噪声的演化之后，其量子态与量子操作之间的张量缩并的计算结果将不再是量子纯态，而是量子混态，但是仍然用2n阶张量表示。

量子电路模拟过程中，可以按照上述矩阵乘积同构技术将量子态与量子操作的张量缩并转化为矩阵乘积处理，得到第一量子态的矩阵表示，之后进行矩阵整形操作将矩阵表示整形为张量形式，得到第一张量表示，如此反复，直至得到模拟结果。

需要说明的是，对于包含量子噪声的量子电路，不管是量子纯态还是量子混态，均可以按照相同方式进行张量缩并，即以量子操作的作用比特为目标指标顺序，对量子电路模拟过程中第一量子态(可以为量子纯态，也可以为量子混态)的第一张量表示进行目标操作，得到第一量子态的矩阵表示，对量子操作的超算子的矩阵表示和第一量子态的矩阵表示进行矩阵乘积处理，如此，使得量子电路的模拟方式比较简单，效率也比较高。

下面以具体示例详细说明本实施例的量子电路模拟方法的具体流程，如图2所示：

步骤1：输入一个包含n量子比特、N个量子操作的量子电路，N个量子操作中包括量子噪声；

步骤2：初始化量子电路对应的初始量子态密度矩阵为高维的量子纯态的张量形式，为一个2n阶张量；

步骤3：初始化量子门和量子噪声，表示为超算子的矩阵形式和作用比特的二元组；

步骤4：在量子电路的量子操作未处理完成的情况下，获取当前量子操作，得到其超算子的矩阵表示及其作用比特；

步骤5：以当前量子操作的作用比特为目标指标顺序，对量子态执行张量移轴；

步骤6：对量子态执行矩阵整形操作；

步骤7：基于当前量子操作的超算子的矩阵表示和量子态的矩阵表示执行标准矩阵乘积，得到更新后的量子态矩阵形式；

步骤8：将更新后的量子态矩阵形式整形成张量表示。

步骤9：将量子态张量表示移轴，以便将其张量指标顺序移动到初始量子态的量子比特顺序；

步骤10：在量子电路的量子操作均处理完成的情况下，得到量子电路的模拟结果。

本实施例中，首先将量子混态表示成高维的量子纯态的张量形式，并将量子门/量子噪声表示为超算子的矩阵形式和作用比特的二元组；之后将量子门/量子噪声与量子态计算转化为一次张量缩并处理；引入矩阵乘积同构技术，将量子门/量子噪声与量子态计算转化为标准矩阵乘积计算，来提高量子门/量子噪声与量子态计算效率，从而提高量子噪声下量子电路的模效率。其适用于包含任意量子噪声和量子门的量子噪声下的量子电路模拟，且具有可维护性高和所需代码量少等特点。

第二实施例

如图3所示，本公开提供一种量子电路模拟装置300，包括：

第一获取模块301，用于获取量子电路的结构信息，所述量子电路包括N个量子操作，所述N个量子操作包括量子噪声，N为正整数；

第二获取模块302，用于基于所述结构信息，获取所述量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示和所述量子操作的作用比特；

操作模块303，用于针对每个量子操作，以所述量子操作的作用比特为目标指标顺序，对所述量子电路模拟过程中第一量子态的第一张量表示进行目标操作，得到所述第一量子态的矩阵表示；

处理模块304，用于对所述量子操作的超算子的矩阵表示和所述第一量子态的矩阵表示进行矩阵乘积处理，以得到所述量子电路的模拟结果；

可选的，所述量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示通过以下方式获取：

可选的，所述处理模块304，还用于：

可选的，在经过所述量子噪声的演化情况下，得到的所述第一量子态为量子混态的张量形式，用2n阶张量表示，所述第一量子态的第一张量表示通过以下方式获取：

将张量缩并的计算结果确定为所述第一张量表示。

本公开提供的量子电路模拟装置300能够实现量子电路模拟方法实施例实现的各个过程，且能够达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

根据本公开的实施例，本公开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。

图4示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，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。

如图4所示，设备400包括计算单元401，其可以根据存储在只读存储器(ROM)402中的计算机程序或者从存储单元408加载到随机访问存储器(RAM)403中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 403中，还可存储设备400操作所需的各种程序和数据。计算单元401、ROM 402以及RAM 403通过总线404彼此相连。输入/输出(I/O)接口405也连接至总线404。

设备400中的多个部件连接至I/O接口405，包括：输入单元406，例如键盘、鼠标等；输出单元407，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元408，例如磁盘、光盘等；以及通信单元409，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元409允许设备400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。

计算单元401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401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401执行上文所描述的各个方法和处理，例如量子电路模拟方法。例如，在一些实施例中，量子电路模拟方法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408。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 402和/或通信单元409而被载入和/或安装到设备400上。当计算机程序加载到RAM 403并由计算单元401执行时，可以执行上文描述的量子电路模拟方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元401可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行量子电路模拟方法。

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)、负载可编程逻辑设备(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。

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。

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。

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。

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。

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。

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执行也可以不同的次序执行，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。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims

1.一种量子电路模拟方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示通过以下方式获取：

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述得到所述量子电路的模拟结果，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初始量子态为量子纯态的张量形式，用2n阶张量表示，n为所述量子电路中量子比特的数量。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在经过所述量子噪声的演化情况下，得到的所述第一量子态为量子混态的张量形式，用2n阶张量表示，所述第一量子态的第一张量表示通过以下方式获取：

将张量缩并的计算结果确定为所述第一张量表示。

6.一种量子电路模拟装置，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述量子电路中量子操作的超算子的矩阵表示通过以下方式获取：

8.根据权利要求6所述的装置，其中，所述张量缩并模块，还用于：

9.根据权利要求6所述的装置，其中，所述初始量子态为量子纯态的张量形式，用2n阶张量表示，n为所述量子电路中量子比特的数量。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，在经过所述量子噪声的演化情况下，得到的所述第一量子态为量子混态的张量形式，用2n阶张量表示，所述第一量子态的第一张量表示通过以下方式获取：

将张量缩并的计算结果确定为所述第一张量表示。

11.一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-5中任一项所述的方法。

12.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-5中任一项所述的方法。

13.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-5中任一项所述的方法。