CN117709476B - 一种初始化方法、系统、设备及介质 - Google Patents
一种初始化方法、系统、设备及介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117709476B CN117709476B CN202410166096.2A CN202410166096A CN117709476B CN 117709476 B CN117709476 B CN 117709476B CN 202410166096 A CN202410166096 A CN 202410166096A CN 117709476 B CN117709476 B CN 117709476B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- quantum
- hamiltonian
- surface code
- target
- initial
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000011423 initialization method Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 85
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 81
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 49
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 58
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims description 36
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 24
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 22
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 22
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 22
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 19
- 230000005283 ground state Effects 0.000 claims description 16
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 11
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 10
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 230000010365 information processing Effects 0.000 abstract description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 21
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 20
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 15
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 229940050561 matrix product Drugs 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 208000024891 symptom Diseases 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000006854 communication Effects 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009509 drug development Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 239000002547 new drug Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010845 search algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Error Detection And Correction (AREA)
Abstract
本发明涉及信息处理技术领域，公开了一种初始化方法、系统、设备及介质。包括：获取量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率，将含时哈密顿量设为初始状态；基于参数变化速率分别调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重，获取演化结束后量子表面码中数据比特的错误密度；基于错误密度调整参数变化速率并返回将含时哈密顿量设为初始状态的步骤，直至错误密度小于错误阈值，将此时的参数变化速率作为临界速率；以临界速率控制量子表面码进行准绝热演化以完成量子表面码初始化。本发明提升了量子表面码初始化的效率和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种初始化方法、系统、设备及介质。
背景技术
量子计算是一种基于量子力学原理的新型计算技术，与经典计算不同，量子计算用量子比特（qubit）作为信息的基本单元，由于量子比特可以被放置在叠加态或纠缠态上的量子特性，使得量子计算对于一些特定问题的处理具有超越经典计算的潜力。在实际应用中，量子比特容易受到环境噪声的影响而失去量子特性，因此需要借助量子纠错码来编码逻辑量子比特以保护量子比特的量子信息不被破坏。量子表面码是一种重要的量子纠错码，具有高容错阈值和良好的扩展性。而相关技术中针对量子表面码的初始化方法需要耗费大量物理资源、计算资源和时间，存在过程繁杂且错误率高的缺陷。
因此，亟需提出一种初始化方法来解决上述缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种初始化方法、系统、设备及介质。
基于上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种初始化方法，具体包括如下步骤：
获取所述量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率，并将所述含时哈密顿量设为初始状态；
基于所述参数变化速率分别调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重，获取演化结束后所述量子表面码中数据比特的错误密度；
基于所述错误密度调整所述参数变化速率并返回将所述含时哈密顿量设为初始状态的步骤，直至所述错误密度小于错误阈值，将此时的所述参数变化速率作为临界速率；
以所述临界速率控制所述量子表面码进行准绝热演化以完成所述量子表面码的初始化。
在一些实施方式中，所述获取所述量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率的步骤，包括：
获取所述含时哈密顿量对应的量子横场伊辛模型链的哈密顿量，基于所述量子横场伊辛模型链的哈密顿量确定量子相变临界点，根据所述量子相变临界点的时刻得到参数变化速率。
在一些实施方式中，所述基于所述参数变化速率分别调整初始哈密顿量和基于目标哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重的步骤，包括：
若所述演化过程处于初始时刻与量子相变临界点的时刻之间，将所述初始哈密顿量对应的第一系数设置为预设值，控制所述目标哈密顿量对应的第二系数按照所述参数变化速率增大以增大所述目标哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重；
若所述演化过程处于量子相变临界点的时刻与演化结束时刻之间，将所述目标哈密顿量对应的第二系数设置为预设值，控制所述初始哈密顿量对应的第一系数按照所述参数变化速率减小以减小所述初始哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重。
在一些实施方式中，所述以所述临界速率控制所述量子表面码进行准绝热演化的步骤，包括：
再次将所述含时哈密顿量设为初始状态；
在演化过程中，控制初始时刻与量子相变临界点的时刻内所述初始哈密顿量对应的第一系数为预设值，并控制初始时刻与量子相变临界点的时刻内所述目标哈密顿量对应的第二系数按照所述临界速率增大；
控制量子相变临界点的时刻与演化结束时刻内所述目标哈密顿量对应的第二系数为预设值，并控制量子相变临界点的时刻与演化结束时刻内所述初始哈密顿量对应的第一系数按照所述临界速率减小；
响应于所述量子表面码演化结束，确定所述量子表面码完成从所述初始状态到以所述目标哈密顿量的基态设置的目标状态且满足所述错误密度小于错误阈值的所述准绝热演化。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
由所有所述数据比特的Z算符泡利矩阵的和计算得到所述初始哈密顿量，所述初始哈密顿量与所述Z算符泡利矩阵的关系表示为：
；
其中，为所述初始哈密顿量，m为所述数据比特的行坐标，n为所述数据比特的列坐标，/>为所述Z算符泡利矩阵。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
由所述量子表面码中所有目标稳定子算符的和计算得到所述目标哈密顿量，所述目标哈密顿量与所述目标稳定子算符的关系表示为：
；
其中，为所述目标哈密顿量，m为所述目标稳定子算符的行坐标，n为所述目标稳定子算符的列坐标，/>为所述目标稳定子算符，/>并表示预设耦合常数。
在一些实施方式中，各所述目标稳定子算符以所述量子表面码中的各测量比特为中心并结合与其相邻的若干数据比特构成。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
响应于所述量子表面码完成所述准绝热演化，按照预设概率分布调整目标稳定子算符的耦合强度。
在一些实施方式中，所述按照预设概率分布调整所述目标稳定子算符的耦合强度的步骤，包括：
获取平均值满足预设耦合常数的若干随机变量，并按照预设概率分布分别对每个所述目标稳定子算符中耦合强度设置对应所述随机变量。
在一些实施方式中，所述基于所述错误密度调整所述参数变化速率的步骤，包括：
判断所述错误密度是否小于错误阈值；
响应于所述错误密度大于所述错误阈值，减小所述参数变化速率。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的体内，以所述测量比特为中心并结合与其相邻的四个所述数据比特构成所述目标稳定子算符，所述目标稳定子算符表示为：
；
其中，m为所述目标稳定子算符的行坐标，n为所述目标稳定子算符的列坐标，为所述目标稳定子算符，/>为Z算符泡利矩阵，/>为X算符泡利矩阵。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的边界，以所述测量比特为中心并结合与其相邻的三个所述数据比特构成所述目标稳定子算符。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的上边界，所述目标稳定子算符表示为：
。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的下边界，所述目标稳定子算符表示为：
，
其中，N为所述量子表面码中所述数据比特的总行数。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的左边界，所述目标稳定子算符表示为：
。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的右边界，所述目标稳定子算符表示为：
，
其中，N为所述量子表面码中所述数据比特的总列数。
在一些实施方式中，所述的初始化方法还包括：
将所述量子表面码中坐标和为奇数的量子比特作为测量比特，将坐标和为偶数的量子比特作为数据比特。
在一些实施方式中，所述初始时刻到所述演化结束时刻的演化时长为所述初始时刻到所述量子相变临界点的时刻的演化时长的两倍。
在一些实施方式中，所述量子表面码中所有行坐标为奇数且行坐标相同的数据比特的Z算符的泡利矩阵乘积对应一个逻辑Z算符，所述量子表面码中所有列坐标为奇数且列坐标相同的数据比特的X算符的泡利矩阵乘积对应一个逻辑X算符。
在一些实施方式中，所述获取演化结束后所述量子表面码中数据比特的错误密度的步骤，包括：
测量所有所述量子表面码中目标稳定子算符以得到所述数据比特的错误密度。
在一些实施方式中，所述初始状态为所述初始哈密顿量的基态。
本发明实施例的第二方面，还提供了一种量子计算的方法，包括：
基于通过以上所述的初始化方法完成初始化后的量子表面码编码逻辑量子比特以根据所述逻辑量子比特进行量子计算。
本发明实施例的第三方面，还提供了一种初始化系统，包括：
初始设置单元，用于获取所述量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率，并将所述含时哈密顿量设为初始状态；
获取单元，用于基于所述参数变化速率分别调整所述初始哈密顿量和目标哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重，获取演化结束后所述量子表面码中数据比特的错误密度；
调整单元，用于基于所述错误密度调整所述参数变化速率并返回将所述含时哈密顿量设为初始状态的步骤，直至所述错误密度小于错误阈值，将此时的所述参数变化速率作为临界速率；
初始化完成单元，以所述临界速率控制所述量子表面码进行准绝热演化以完成所述量子表面码的初始化。
本发明实施例的第四方面，还提供了一种计算机设备，包括：至少一个处理器；以及存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序由所述处理器执行时实现如上方法的步骤。
本发明实施例的第五方面，还提供了一种量子计算机，包括：
至少一个量子处理单元；
存储器，用于存储可执行指令，所述指令被所述至少一个量子处理单元执行，以使所述至少一个量子处理单元执行如上方法的步骤。
本发明实施例的第六方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有被处理器执行时实现如上方法步骤的计算机程序。
本发明至少具有以下有益技术效果：
（1）本发明提供的初始化方法，根据数据比特确定初始哈密顿量，根据目标稳定子算符确定目标哈密顿量，通过将含时哈密顿量的初始状态设为初始哈密顿量的基态，将目标状态设为目标哈密顿量的基态，基于量子系统自身的时间演化调控量子表面码哈密顿量的参数来调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重，使得量子表面码从初始状态演化到具有长程纠缠的目标状态，避免了相关技术中没有考虑时间演化导致稳定子算符测量操作的准确性降低的问题，有利于提升大尺度量子系统下稳定子算法测量操作和纠错操作的准确性；
（2）本发明提供的初始化方法，根据量子表面码中各量子比特的坐标和划分数据比特和测量比特，将划分后得到的各测量比特为中心结合与其相邻的若干数据比特构成若干对称化的目标稳定子算符，实现在量子表面码中仅需要通过对一种稳定子算符进行测量操作和纠错操作，避免了相关技术中针对至少两类不对称稳定子算符进行测量操作和纠错操作导致的复杂性，减少了大量物理资源、计算资源和时间的耗费；
（3）本发明提供的初始化方法，通过调整目标稳定子算符的耦合强度为满足一定概率分布的随机变量，能够使量子表面码演化过程中产生的少量错误局限在一定范围内以避免错误的扩散产生全局性的错误，避免影响后续逻辑量子比特的编码操作。
此外，本发明还提供了一种量子计算的方法、一种初始化系统、一种计算机设备、一种量子计算机和一种计算机可读存储介质，同样能实现上述技术效果，这里不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明提供的初始化方法的一实施例的框图；
图2为本发明提供的量子表面码的一实施例的构型示意图；
图3为本发明提供的各类目标稳定子算符的一实施例的构型示意图；
图4为本发明提供的初始哈密顿量前系数和目标哈密顿量前系数/>随时间变化的一实施例的示意图；
图5为本发明提供的确定临界速率的一实施例的流程示意图；
图6为本发明提供的量子表面码进行准绝热演化的一实施例的流程示意图；
图7为本发明提供的量子计算方法的一实施例的框图；
图8为本发明提供的初始化系统的一实施例的示意图；
图9为本发明提供的计算机设备的一实施例的结构示意图；
图10为本发明提供的计算机可读存储介质的一实施例的结构示意图；
图11为本发明提供的量子计算机的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
由于量子比特使量子计算在处理一些特定问题时能够具有远超经典计算的潜力。例如，秀儿（Shor）算法可以指数级加速大数分解从而影响公钥密码体系的安全性；量子搜索算法可以极大提高搜索效率，非常便于处理大数据问题；量子模拟可以用于模拟复杂的物理系统，如量子化学反应，有助于新药开发和新材料设计；量子优化算法可以用于解决复杂的优化问题，比如物流路径优化、金融风险管理等。
由于量子不可克隆定理的限制，量子信息的纠错方案比经典信息的纠错方案更为复杂，需要利用大量的数据量子比特构建量子纠错码来实现一个或几个逻辑量子比特的编码，由此进行量子计算。目前，在实现大规模量子计算最具有前景的量子纠错码是量子表面码，量子表面码属于拓扑量子纠错码的一种，其数据比特分布在一个二维平面上。
任何量子纠错码开始工作的第一步都是将初始信息编码，即初始化。针对多量子比特的量子系统，通常将量子表面码的初始状态制备为一个直积态，即将所有量子比特设置为态，而量子表面码编码后的状态是一个具有长程纠缠的量子态，因此量子表面码的初始状态和目标状态为两个不同量子相。量子表面码初始化的过程就是将量子表面码从简单的初始状态演化到具有长程纠缠的目标状态的过程。
通常，置于环面上的具有周期边界条件的量子表面码可以编码两个逻辑量子比特，置于平面的具有开放边界的量子表面码可以编码一个逻辑量子比特。鉴于业界的技术条件现状，本发明只讨论置于平面的具有开放边界的量子表面码的初始化方法。对于向第一种情况的推广在理论层面并没有本质差别。
相关技术中针对量子表面码初始化主要采用的方法是基于稳定子测量的初始化方法。该稳定子测量的初始化方法首先制备量子表面码的初始态为所有量子比特的直积态，即所有量子比特均为态，通过测量稳定子算符来探测发生错误的数据量子比特的位置，使用经典计算机根据错误的位置信息（即错误症状）分析得到纠错方案，根据该纠错方案实施量子门操作将表面码恢复到正确状态。其中，稳定子算符的测量操作需要控制在极短的时间内，比如远低于数据量子比特的退相干时间，且纠错操作中需要经典计算机的计算和信息通信的过程也需要控制在极短的时间内，而上述稳定子测量的初始化方法在多量子比特的量子系统下进行测量操作和纠错操作时所花费的时间较长，且需要不断重复稳定子算符的测量和纠错操作，消耗了大量的物理资源和计算资源，进一步的，该方法还需要针对X稳定子算符和Z稳定子算符两类稳定子算符进行测量，而这两类稳定子算符的不对称性使得测量操作和纠错操作存在较高的复杂性，容易导致稳定子算符的测量结果存在较高的错误率。
基于上述目的，本发明实施例的第一个方面，提出了一种初始化方法的实施例。如图1所示，其包括如下步骤：
步骤S100，获取量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率，并将含时哈密顿量设为初始状态。
在一些实施方式中，图2为本发明提供的量子表面码的一实施例的构型示意图。量子比特分为两类，第一类是数据比特（即数据量子比特），第二类是测量比特（即测量量子比特）。量子表面码中各量子比特位于正方晶格的顶点上，将量子比特或晶格顶点的坐标记为(m,n)，m为行指标，n为列指标。图2中展示了以N=11的量子表面码的示例，其中，白色圆圈表示数据比特，其坐标(m,n)满足m+n为偶数，即(m+n)mod2=0，黑色方块表示测量比特，其坐标(m,n)满足m+n为奇数，即(m+n)mod2=1。
在一些实施方式中，本发明提供的量子表面码包含两种类型的目标稳定子算符，第一类为位于量子表面码体内的目标稳定子算符，如图3中（1）所示为位于量子表面码的体内的目标稳定子算符的一实施例的构型示意图。第二类为位于量子表面码边界的目标稳定子算符，对于位于边界的目标稳定子算符只需将不存在的泡利矩阵去掉，图3中（2）为位于量子表面码的上边界的目标稳定子算符的一实施例的构型示意图，图3中（3）为位于量子表面码的下边界的目标稳定子算符的一实施例的构型示意图，图3中（4）为位于量子表面码的左边界的目标稳定子算符的一实施例的构型示意图，图3中（5）为位于量子表面码的右边界的目标稳定子算符的一实施例的构型示意图。其中，各目标稳定子算符的坐标满足(m+n)mod2=1，且所有的目标稳定子算符均相互对易。
在一些实施方式中，初始状态为初始哈密顿量的基态。
在一些实施方式中，假设量子表面码从时刻0开始演化，在时刻结束演化，量子表面码的含时哈密顿量表示为：
。
其中，=1，/>，/>。
在一些实施方式中，将含时哈密顿量的初始状态设为初始哈密顿量的基态，初始哈密顿量表示为：
。
的基态为/>，/>是任意逻辑Z算符的本征值为1的本征态，其中0的个数与数据比特个数相应。
在一些实施方式中，将含时哈密顿量的目标状态设为目标哈密顿量的基态，目标哈密顿量表示为：
。
的基态为所有目标稳定子算符S(m,n)的本征值为1的本征态，其中/>且表示目标稳定子算符的耦合强度。
在一些实施方式中，由于作用在位于(m,n)坐标格点上的数据比特的算符只与位于其左右最近邻的目标稳定子算符反对易，即/>，，而与除了左右相邻的其他所有目标稳定子算符对易，其中m+n为偶数。例如，目标稳定子算符/>只与/>和反对易，因此在计算量子表面码能谱和动力学性质时，目标稳定子算符上下的两个算符（若目标稳定子算符位于量子表面码的上下边界的则只存在一个/>算符）可以略去。由此得知，H(t)等价于若干个互相对易的横场伊辛模型链的哈密顿量和，每一条量子横场伊辛模型链的哈密顿量可以表示为：
。
含时哈密顿量与量子横场伊辛模型链之间的关系可以表示为：
。
其中，量子横场伊辛模型的量子相变临界点是已知的，即将量子相变临界点的时刻记为，在量子相变临界点时刻上存在/>，获取/>时刻上的量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率用以后续对临界速度的标定。
步骤S200，基于参数变化速率分别调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重，获取演化结束后量子表面码中数据比特的错误密度。
在一些实施方式中，根据Kibble-Zurek（基布-祖雷克）机制或量子横场伊辛模型理论，可知每一条量子横场伊辛模型链上的错误密度和参数变化速率的平方根成正比。因此，通过降低参数变化速率可以降低错误密度以使得量子表面码达到想要的精度。
步骤S300，基于错误密度调整参数变化速率并返回将含时哈密顿量设为初始状态的步骤，直至错误密度小于错误阈值，将此时的参数变化速率作为临界速率。
在一些实施方式中，由于量子表面码的初始状态和目标状态处于不同的量子相，随着量子系统尺度的增大，量子表面码的哈密顿量会在某一时刻发生能隙的近似关闭，这一时刻对应的哈密顿量参数称为量子相变临界点。通过降低参数变化速率来降低错误密度，并根据量子表面码能够容忍的错误密度设定一个错误阈值，将错误密度小于错误阈值的最大参数变化速率作为临界速率。
步骤S400，以临界速率控制量子表面码进行准绝热演化以完成量子表面码的初始化。
在一些实施方式中，由于量子相变临界点时刻时能隙的近似关闭，总会有少量的错误在量子表面码演化过程中出现，称该演化过程为准绝热演化。本发明根据绝热量子计算所得到，可行性由量子力学中的绝热演化定理所保证。将中目标稳定子算符的耦合常数J按照预设概率分布调整为平均值为J的随机变量，该预设概率分布可以为均匀分布或正则分布等任意分布，本发明不对预设概率分布进行具体限定。
本发明提供的初始化方法，根据量子表面码中各量子比特的坐标和划分数据比特和测量比特，将划分后得到的各测量比特为中心结合与其相邻的若干数据比特构成若干对称化的目标稳定子算符，实现在量子表面码中仅需要通过对一种稳定子算符进行测量操作和纠错操作，避免了相关技术中针对至少两类不对称稳定子算符进行测量操作和纠错操作导致的复杂性，减少了大量物理资源、计算资源和时间的耗费，进一步的，基于量子系统自身的时间演化调控量子表面码哈密顿量的参数来调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重，有利于提升大尺度量子系统下稳定子算法测量操作和纠错操作的准确性，并通过调整目标稳定子算符的耦合强度为满足一定概率分布的随机变量，能够使量子表面码演化过程中产生的少量错误局限在一定范围内以避免错误的扩散产生全局性的错误，避免影响后续逻辑量子比特的编码操作。
在一些实施方式中，获取量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率的步骤，包括：获取含时哈密顿量对应的量子横场伊辛模型链的哈密顿量，基于量子横场伊辛模型链的哈密顿量确定量子相变临界点，根据量子相变临界点的时刻得到参数变化速率。
本发明提供的初始化方法，通过将含时哈密顿量进行对偶变换得到与其等价的多条独立的量子横场伊辛模型链，由此能够快速获取到量子表面码演化过程中的量子临界点的时刻和在该量子临界点时刻的参数变化速率，根据参数变化速率控制演化过程有效降低了演化后量子表面码中错误症状出现的概率。
在一些实施方式中，基于参数变化速率分别调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重的步骤，包括：若演化过程处于初始时刻与量子相变临界点的时刻之间，将初始哈密顿量对应的第一系数设置为预设值，控制目标哈密顿量对应的第二系数按照参数变化速率增大以增大目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重；若演化过程处于量子相变临界点的时刻与演化结束时刻之间，将目标哈密顿量对应的第二系数设置为预设值，控制初始哈密顿量对应的第一系数按照参数变化速率减小以减小初始哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重。
在一些实施方式中，第一系数即初始哈密顿量前系数，第二系数即目标哈密顿量前系数/>。图4为本发明提供的初始哈密顿量前系数/>和目标哈密顿量前系数随时间变化的一实施例的示意图，其中，如图4所示预设值可以设为1，本发明不对预设值做具体限定。
本发明提供的初始化方法，基于量子系统自身的时间演化调控量子表面码哈密顿量的参数变化，以实现调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重的目的，在充分考虑了时间演化的基础上有效将量子表面码从初始状态演化到具有长程纠缠的目标状态，有利于提升大尺度量子系统下稳定子算法测量操作和纠错操作的准确性。
在一些实施方式中，以临界速率控制量子表面码进行准绝热演化的步骤，包括：再次将含时哈密顿量设为初始状态；在演化过程中，控制初始时刻与量子相变临界点的时刻内初始哈密顿量对应的第一系数为预设值，并控制初始时刻与量子相变临界点的时刻内目标哈密顿量对应的第二系数按照临界速率增大；控制量子相变临界点的时刻与演化结束时刻内目标哈密顿量对应的第二系数为预设值，并控制量子相变临界点的时刻与演化结束时刻内初始哈密顿量对应的第一系数按照临界速率减小；响应于量子表面码演化结束，确定量子表面码完成从初始状态到以目标哈密顿量的基态设置的目标状态且满足错误密度小于错误阈值的准绝热演化。
本发明提供的初始化方法，按照临界速率来实施准绝热演化，实现仅需要对能隙的近似关闭时刻中的少量错误症状进行测量操作和纠错操作，避免了相关技术中需要对目标稳定子算符的大量重复的测量操作和纠错操作，极大地降低大量物理资源和计算资源的耗费，提高量子表面码初始化的效率。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：由所有数据比特的Z算符泡利矩阵的和计算得到初始哈密顿量，初始哈密顿量与Z算符泡利矩阵的关系表示为：
。
其中，为初始哈密顿量，m为数据比特的行坐标，n为数据比特的列坐标，/>为Z算符泡利矩阵。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：由量子表面码中所有目标稳定子算符的和计算得到目标哈密顿量，目标哈密顿量与目标稳定子算符的关系表示为：
。
其中，为目标哈密顿量，m为目标稳定子算符的行坐标，n为目标稳定子算符的列坐标，/>为目标稳定子算符，/>并表示预设耦合常数。
本发明提供的初始化方法，根据数据比特确定初始哈密顿量，根据目标稳定子算符确定目标哈密顿量，有利于后续对含时哈密顿量的初始状态及目标状态的设置，便于控制量子表面码的演化过程。
在一些实施方式中，各目标稳定子算符以量子表面码中的各测量比特为中心并结合与其相邻的若干数据比特构成。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：响应于量子表面码完成准绝热演化，按照预设概率分布调整目标稳定子算符的耦合强度。
在一些实施方式中，按照预设概率分布调整目标稳定子算符的耦合强度的步骤，包括：获取平均值满足预设耦合常数的若干随机变量，并按照预设概率分布分别对每个目标稳定子算符中耦合强度设置对应随机变量。
在一些实施方式中，基于错误密度调整参数变化速率的步骤，包括：判断错误密度是否小于错误阈值；响应于错误密度大于错误阈值，减小参数变化速率。
本发明提供的初始化方法，通过调整目标稳定子算符的耦合强度为满足一定概率分布的随机变量，能够使量子表面码演化过程中产生的少量错误局限在一定范围内以避免错误的扩散产生全局性的错误，避免影响后续逻辑量子比特的编码操作。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：若测量比特位于量子表面码的体内，以测量比特为中心并结合与其相邻的四个数据比特构成目标稳定子算符，目标稳定子算符表示为：
，其中，m为目标稳定子算符的行坐标，n为目标稳定子算符的列坐标，/>为目标稳定子算符，/>为Z算符泡利矩阵，/>为X算符泡利矩阵。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：若测量比特位于量子表面码的边界，以测量比特为中心并结合与其相邻的三个数据比特构成目标稳定子算符。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：若测量比特位于量子表面码的上边界，目标稳定子算符表示为：
。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：若测量比特位于量子表面码的下边界，目标稳定子算符表示为：
，其中，N为量子表面码中数据比特的总行数。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：若测量比特位于量子表面码的左边界，目标稳定子算符表示为：
。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：若测量比特位于量子表面码的右边界，目标稳定子算符表示为：
，其中，N为量子表面码中数据比特的总列数。
在一些实施方式中，上述初始化方法还包括：将量子表面码中坐标和为奇数的量子比特作为测量比特，将坐标和为偶数的量子比特作为数据比特。
在一些实施方式中，初始时刻到演化结束时刻的演化时长为初始时刻到量子相变临界点的时刻的演化时长的两倍。
在一些实施方式中，量子表面码中所有行坐标为奇数且行坐标相同的数据比特的Z算符的泡利矩阵乘积对应一个逻辑Z算符，量子表面码中所有列坐标为奇数且列坐标相同的数据比特的X算符的泡利矩阵乘积对应一个逻辑X算符。
在一些实施方式中，逻辑Z算符为作用在任意确定奇数行上所有数据比特的算符的乘积。对于任意奇数k，逻辑Z算符可以表示为：
。
一实例中，如图2所示为k=3时的逻辑Z算符。
在一些实施方式中，逻辑Z算符为作用在任意确定奇数列上所有数据比特的算符的乘积。对于任意奇数l，逻辑X算符可以表示为：
。
一实例中，如图2所示为l=3时的逻辑X算符。
在一些实施方式中，由上述逻辑Z算符与算符的关系、逻辑X算符与/>算符的关系以及目标稳定子算符的各构型可看出，任意逻辑Z算符与所有目标稳定子算符都对易，任意逻辑X算符与所有目标稳定子算符都对易，而逻辑Z算符和逻辑X算符反对易，因此本申请的提出的量子表面码能够编码得到一个逻辑量子比特。
在一些实施方式中，获取演化结束后量子表面码中数据比特的错误密度的步骤，包括：测量量子表面码中所有目标稳定子算符以得到数据比特的错误密度。
本发明提供的初始化方法，根据量子表面码中各量子比特的坐标和划分数据比特和测量比特，将划分后得到的各测量比特为中心结合与其相邻的若干数据比特构成若干对称化的目标稳定子算符，实现在量子表面码中仅需要通过对一种稳定子算符进行测量操作和纠错操作，避免了相关技术中针对至少两类不对称稳定子算符进行测量操作和纠错操作导致的复杂性，减少了大量物理资源、计算资源和时间的耗费。
图5为本发明提供的确定临界速率的一实施例的流程示意图。以图5为例，下面对初始化方法中确定临界速率的过程进行说明：
步骤1、当演化时间为t=0时，将含时哈密顿量的初始状态设为初始哈密顿量的基态，即/>。
步骤2、当演化时间为，对含时哈密顿量/>的参数进行变化，即/>前的参数/>保持不变，即/>，/>前系数随时间线性增长，满足/>，则参数变化的速率为：/>。
步骤3、当演化时间为，其中/>，对含时哈密顿量/>的参数进行变化，即/>前的参数/>保持不变，满足/>，/>前的参数随时间线性下降，满足/>。
步骤4、对所有的目标稳定子算符实施测量操作，得出错误密度。
步骤5、通过降低参数变化速率降低错误密度以使量子表面码达到需要的精度，例如设定量子表面码的错误阈值为/>，如果/>，则减小参数变化速率/>（等价于延长系统演化的总时长/>）。
步骤6、重复步骤1到步骤4，直到，记录此时的/>为/>，参数变化的速率/>为，演化时间为/>。
图6为本发明提供的量子表面码进行准绝热演化的一实施例的流程示意图。以图6为例，下面对初始化方法中准绝热演化过程进行说明：
步骤1、当演化时间为t=0时，将含时哈密顿量的初始状态设为初始哈密顿量的基态，即/>。
步骤2、当演化时间为，对含时哈密顿量/>的参数进行变化，即/>前的参数/>保持不变，即/>，/>前系数随时间线性增长，满足/>，则参数变化的速率为：/>。
步骤3、当演化时间为，其中/>，对含时哈密顿量/>的参数进行变化，即/>前的参数/>保持不变，满足/>，/>前的参数随时间线性下降，满足/>。
步骤4、将中稳定子算符的耦合常数J按照一定概率分布调整为平均值为J的随机变量。
步骤5、量子表面码完成初始化。后续可以进行逻辑量子比特的操作，这不在本发明讨论的范围。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，请参照图7所示，本发明还提供了一种量子计算的方法，量子计算的方法包括以下步骤：基于通过以上的初始化方法完成初始化后的量子表面码编码逻辑量子比特以根据逻辑量子比特进行量子计算。
在本发明的一个实施例中，量子计算的方法包括：
步骤S10，基于量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率分别调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重，获取演化结束后量子表面码中数据比特的错误密度；
步骤S20，基于错误密度调整参数变化速率，并将含时哈密顿量设为初始状态后返回基于量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率分别调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重的步骤，直至错误密度小于错误阈值，将此时的参数变化速率作为临界速率；
步骤S30，以临界速率控制量子表面码演化过程以进行准绝热演化以完成量子表面码的初始化；
步骤S40，基于初始化后的量子表面码编码逻辑量子比特以根据逻辑量子比特进行量子计算。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，请参照图8所示，本发明还提供了一种初始化系统，初始化系统具体包括：
初始设置单元110，用于获取量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率，并将含时哈密顿量设为初始状态；
获取单元120，用于基于参数变化速率分别调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重，获取演化结束后量子表面码中数据比特的错误密度；
调整单元130，用于基于错误密度调整参数变化速率并返回将含时哈密顿量设为初始状态的步骤，直至错误密度小于错误阈值，将此时的参数变化速率作为临界速率；
初始化完成单元140，以临界速率控制量子表面码进行准绝热演化以完成量子表面码的初始化。
在一些实施方式中，本发明的初始化系统还包括可以执行上述初始化方法中一个或多个步骤的单元，比如第一单元、第二单元、第三单元等。
本发明提供的初始化系统，根据量子表面码中各量子比特的坐标和划分数据比特和测量比特，将划分后得到的各测量比特为中心结合与其相邻的若干数据比特构成若干对称化的目标稳定子算符，实现在量子表面码中仅需要通过对一种稳定子算符进行测量操作和纠错操作，避免了相关技术中针对至少两类不对称稳定子算符进行测量操作和纠错操作导致的复杂性，减少了大量物理资源、计算资源和时间的耗费。进一步的，根据数据比特确定初始哈密顿量，根据目标稳定子算符确定目标哈密顿量，通过将含时哈密顿量的初始状态设为初始哈密顿量的基态，将目标状态设为目标哈密顿量的基态，基于量子系统自身的时间演化调控量子表面码哈密顿量的参数来调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在量子表面码演化过程中的权重，使得量子表面码从初始状态演化到具有长程纠缠的目标状态，避免了相关技术中没有考虑时间演化导致稳定子算符测量操作的准确性降低的问题，有利于提升大尺度量子系统下稳定子算法测量操作和纠错操作的准确性。并通过调整目标稳定子算符的耦合强度为满足一定概率分布的随机变量，能够使量子表面码演化过程中产生的少量错误局限在一定范围内以避免错误的扩散产生全局性的错误，避免影响后续逻辑量子比特的编码操作。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，如图9所示，本发明的实施例还提供了一种计算机设备30，在该计算机设备30中包括处理器310以及存储器320，存储器320存储有可在处理器上运行的计算机程序321，处理器310执行程序时执行如上的方法的步骤。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，如图10所示，本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质40，计算机可读存储介质40存储有被处理器执行时执行如上方法的计算机程序410。
基于同一发明构思，根据本发明的另一个方面，请参照图11所示，本发明还提供了一种量子计算机50，在量子计算机50中包括至少一个量子处理单元510；以及存储器520，用于存储可执行指令，上述指令被至少一个量子处理单元510执行，以使至少一个量子处理单元510执行如上的方法的步骤。
本发明实施例还可以包括相应的计算机设备。计算机设备包括存储器、至少一个处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时执行上述任意一种方法。
其中，存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的所述网络资源协同方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行装置的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的网络资源协同方法。
存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据装置的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至本地模块。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
最后需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关硬件来完成，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，程序的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（ROM）或随机存储记忆体（RAM）等。上述计算机程序的实施例，可以达到与之对应的前述任意方法实施例相同或者相类似的效果。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，已经就各种示意性组件、方块、模块、电路和步骤的功能对其进行了一般性的描述。这种功能是被实现为软件还是被实现为硬件取决于具体应用以及施加给整个系统的设计约束。本领域技术人员可以针对每种具体应用以各种方式来实现的功能，但是这种实现决定不应被解释为导致脱离本发明实施例公开的范围。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。上述本发明实施例公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
应当理解的是，在本文中使用的，除非上下文清楚地支持例外情况，单数形式“一个”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本文中使用的“和/或”是指包括一个或者一个以上相关联地列出的项目的任意和所有可能组合。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围（包括权利要求）被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (19)
1.一种初始化方法，其特征在于，应用于量子表面码，包括：
获取所述量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率，并将所述含时哈密顿量设为初始状态；
基于所述参数变化速率分别调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重，获取演化结束后所述量子表面码中数据比特的错误密度；
基于所述错误密度调整所述参数变化速率并返回将所述含时哈密顿量设为初始状态的步骤，直至所述错误密度小于错误阈值，将此时的所述参数变化速率作为临界速率；
以所述临界速率控制所述量子表面码进行准绝热演化以完成所述量子表面码的初始化；
所述获取所述量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率的步骤，包括：
获取所述含时哈密顿量对应的量子横场伊辛模型链的哈密顿量，基于所述量子横场伊辛模型链的哈密顿量确定量子相变临界点，根据所述量子相变临界点的时刻得到参数变化速率；
所述基于所述参数变化速率分别调整所述初始哈密顿量和目标哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重的步骤，包括：
若所述演化过程处于初始时刻与量子相变临界点的时刻之间，将所述初始哈密顿量对应的第一系数设置为预设值，控制所述目标哈密顿量对应的第二系数按照所述参数变化速率增大以增大所述目标哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重；
若所述演化过程处于量子相变临界点的时刻与演化结束时刻之间，将所述目标哈密顿量对应的第二系数设置为预设值，控制所述初始哈密顿量对应的第一系数按照所述参数变化速率减小以减小所述初始哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重；
其中，所述初始哈密顿量由所有所述数据比特的Z算符泡利矩阵的和计算得到，所述目标哈密顿量由所述量子表面码中所有目标稳定子算符的和计算得到，所述目标稳定子算符以所述量子表面码中的各测量比特为中心并结合与其相邻的若干数据比特构成，所述数据比特为所述量子表面码中坐标和为偶数的量子比特，所述测量比特为所述量子表面码中坐标和为奇数的量子比特，
所述含时哈密顿量表示为：，
为所述含时哈密顿量，/>为所述初始哈密顿量，/>为所述目标哈密顿量，t为时刻，为所述第一系数，/>为所述第二系数。
2.根据权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，所述以所述临界速率控制所述量子表面码进行准绝热演化的步骤，包括：
再次将所述含时哈密顿量设为初始状态；
在演化过程中，控制初始时刻与量子相变临界点的时刻内所述初始哈密顿量对应的第一系数为预设值，并控制初始时刻与量子相变临界点的时刻内所述目标哈密顿量对应的第二系数按照所述临界速率增大；
控制量子相变临界点的时刻与演化结束时刻内所述目标哈密顿量对应的第二系数为预设值，并控制量子相变临界点的时刻与演化结束时刻内所述初始哈密顿量对应的第一系数按照所述临界速率减小；
响应于所述量子表面码演化结束，确定所述量子表面码完成从所述初始状态到以所述目标哈密顿量的基态设置的目标状态且满足所述错误密度小于错误阈值的所述准绝热演化。
3.根据权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，还包括：
由所有所述数据比特的Z算符泡利矩阵的和计算得到所述初始哈密顿量，所述初始哈密顿量与所述Z算符泡利矩阵的关系表示为：
；
其中，为所述初始哈密顿量，m为所述数据比特的行坐标，n为所述数据比特的列坐标，为所述Z算符泡利矩阵。
4.根据权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，还包括：
由所述量子表面码中所有目标稳定子算符的和计算得到所述目标哈密顿量，所述目标哈密顿量与所述目标稳定子算符的关系表示为：
；
其中，为所述目标哈密顿量，m为所述目标稳定子算符的行坐标，n为所述目标稳定子算符的列坐标，/>为所述目标稳定子算符，/>并表示预设耦合常数。
5.根据权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，还包括：
响应于所述量子表面码完成所述准绝热演化，按照预设概率分布调整目标稳定子算符的耦合强度；
所述按照预设概率分布调整目标稳定子算符的耦合强度的步骤，包括：
获取平均值满足预设耦合常数的若干随机变量，并按照预设概率分布分别对每个所述目标稳定子算符中耦合强度设置对应所述随机变量。
6.根据权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，所述基于所述错误密度调整所述参数变化速率的步骤，包括：
判断所述错误密度是否小于错误阈值；
响应于所述错误密度大于所述错误阈值，减小所述参数变化速率。
7.根据权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的体内，以所述测量比特为中心并结合与其相邻的四个所述数据比特构成所述目标稳定子算符，所述目标稳定子算符表示为：
；
其中，m为所述目标稳定子算符的行坐标，n为所述目标稳定子算符的列坐标，为所述目标稳定子算符，/>为Z算符泡利矩阵，/>为X算符泡利矩阵。
8.根据权利要求7所述的初始化方法，其特征在于，还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的上边界，所述目标稳定子算符表示为：
。
9.根据权利要求7所述的初始化方法，其特征在于，还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的下边界，所述目标稳定子算符表示为：
，
其中，N为所述量子表面码中所述数据比特的总行数。
10.根据权利要求7所述的初始化方法，其特征在于，还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的左边界，所述目标稳定子算符表示为：
。
11.根据权利要求7所述的初始化方法，其特征在于，还包括：
若所述测量比特位于所述量子表面码的右边界，所述目标稳定子算符表示为：
，
其中，N为所述量子表面码中所述数据比特的总列数。
12.根据权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，所述初始时刻到所述演化结束时刻的演化时长为所述初始时刻到所述量子相变临界点的时刻的演化时长的两倍。
13.根据权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，所述获取演化结束后所述量子表面码中数据比特的错误密度的步骤，包括：
测量所述量子表面码中所有目标稳定子算符以得到所述数据比特的错误密度。
14.根据权利要求1所述的初始化方法，其特征在于，所述初始状态为所述初始哈密顿量的基态。
15.一种量子计算的方法，其特征在于，包括：
基于通过权利要求1至14任一项所述的初始化方法完成初始化后的量子表面码编码逻辑量子比特以根据所述逻辑量子比特进行量子计算。
16.一种初始化系统，其特征在于，包括：
初始设置单元，用于获取量子表面码的含时哈密顿量的参数变化速率，并将所述含时哈密顿量设为初始状态；
获取单元，用于基于所述参数变化速率分别调整初始哈密顿量和目标哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重，获取演化结束后所述量子表面码中数据比特的错误密度；
调整单元，用于基于所述错误密度调整所述参数变化速率并返回将所述含时哈密顿量设为初始状态设为初始哈密顿量的基态的步骤，直至所述错误密度小于错误阈值，将此时的所述参数变化速率作为临界速率；
初始化完成单元，以所述临界速率控制所述量子表面码演化过程以进行准绝热演化以完成所述量子表面码的初始化；
所述初始设置单元还配置用于：获取所述含时哈密顿量对应的量子横场伊辛模型链的哈密顿量，基于所述量子横场伊辛模型链的哈密顿量确定量子相变临界点，根据所述量子相变临界点的时刻得到参数变化速率；
所述获取单元还配置用于：若所述演化过程处于初始时刻与量子相变临界点的时刻之间，将所述初始哈密顿量对应的第一系数设置为预设值，控制所述目标哈密顿量对应的第二系数按照所述参数变化速率增大以增大所述目标哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重；若所述演化过程处于量子相变临界点的时刻与演化结束时刻之间，将所述目标哈密顿量对应的第二系数设置为预设值，控制所述初始哈密顿量对应的第一系数按照所述参数变化速率减小以减小所述初始哈密顿量在所述量子表面码演化过程中的权重；
其中，所述初始哈密顿量由所有所述数据比特的Z算符泡利矩阵的和计算得到，所述目标哈密顿量由所述量子表面码中所有目标稳定子算符的和计算得到，所述目标稳定子算符以所述量子表面码中的各测量比特为中心并结合与其相邻的若干数据比特构成，所述数据比特为所述量子表面码中坐标和为偶数的量子比特，所述测量比特为所述量子表面码中坐标和为奇数的量子比特，
所述含时哈密顿量表示为：，
为所述含时哈密顿量，/>为所述初始哈密顿量，/>为所述目标哈密顿量，t为时刻，为所述第一系数，/>为所述第二系数。
17.一种计算机设备，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时执行如权利要求1至14或权利要求15任意一项所述的方法的步骤。
18.一种量子计算机，其特征在于，包括：
至少一个量子处理单元；
存储器，用于存储可执行指令，所述指令被所述至少一个量子处理单元执行，以使所述至少一个量子处理单元执行如权利要求1至14或权利要求15任意一项所述的方法的步骤。
19.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时执行如权利要求1至14或权利要求15任意一项所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410166096.2A CN117709476B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 一种初始化方法、系统、设备及介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410166096.2A CN117709476B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 一种初始化方法、系统、设备及介质 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117709476A CN117709476A (zh) | 2024-03-15 |
| CN117709476B true CN117709476B (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=90146593
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410166096.2A Active CN117709476B (zh) | 2024-02-06 | 2024-02-06 | 一种初始化方法、系统、设备及介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117709476B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5376482B1 (ja) * | 2013-06-11 | 2013-12-25 | 国立大学法人大阪大学 | 量子誤り訂正方法、量子誤り訂正装置、および、量子情報格納装置 |
| CN110969254A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-04-07 | 天津大学 | 一种基于绝热量子算法求解超图Ramsey数方法 |
| CN114565096A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-05-31 | 中南大学 | 量子哈密顿学习方法、图像分割方法及车牌识别方法 |
| CN115545202A (zh) * | 2022-09-26 | 2022-12-30 | 北京大学 | 一种基于量子门获取待测系统本征值的方法及装置 |
| CN116227613A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-06-06 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 玻色编码纠错方法、耦合器件、集成器及系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11455207B2 (en) * | 2019-07-15 | 2022-09-27 | International Business Machines Corporation | Using flag qubits for fault-tolerant implementations of topological codes with reduced frequency collisions |
-
2024
- 2024-02-06 CN CN202410166096.2A patent/CN117709476B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5376482B1 (ja) * | 2013-06-11 | 2013-12-25 | 国立大学法人大阪大学 | 量子誤り訂正方法、量子誤り訂正装置、および、量子情報格納装置 |
| CN110969254A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-04-07 | 天津大学 | 一种基于绝热量子算法求解超图Ramsey数方法 |
| CN114565096A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-05-31 | 中南大学 | 量子哈密顿学习方法、图像分割方法及车牌识别方法 |
| CN115545202A (zh) * | 2022-09-26 | 2022-12-30 | 北京大学 | 一种基于量子门获取待测系统本征值的方法及装置 |
| CN116227613A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-06-06 | 苏州浪潮智能科技有限公司 | 玻色编码纠错方法、耦合器件、集成器及系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Fault-tolerant holonomic quantum computation in surface codes;yi-cong zheng et al.;《physical review a》;20150104;第1-12页 * |
| 量子计算原理及研究进展;韩永建;李传锋;郭光灿;;科技导报;20171213(第23期);第72-77页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117709476A (zh) | 2024-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113159239A (zh) | 一种量子图卷积神经网络处理图数据的方法 | |
| CN110705711A (zh) | 一种量子态信息降维编码方法及装置 | |
| Iglesias et al. | Multilayer embedded bat algorithm for B-spline curve reconstruction | |
| Rosales-Pérez et al. | A hybrid surrogate-based approach for evolutionary multi-objective optimization | |
| CA3131476A1 (en) | Hybrid quantum computation architecture for solving quadratic unconstrained binary optimization problems | |
| CN110942151A (zh) | 一种量子态层析方法及装置 | |
| Guo et al. | Dynamic Fuzzy Logic Control of Genetic Algorithm Probabilities. | |
| CN113821983A (zh) | 基于代理模型的工程设计优化方法、装置及电子设备 | |
| CN114037084A (zh) | 量子测量设备校准方法及装置、电子设备和介质 | |
| CN110807526B (zh) | 一种用于量子态转化的量子逻辑门获取方法及装置 | |
| Araujo et al. | Low-rank quantum state preparation | |
| CN117709476B (zh) | 一种初始化方法、系统、设备及介质 | |
| EP4309091A1 (en) | A computer implemented method for real time quantum compiling based on artificial intelligence | |
| CN117094229A (zh) | 基于量子神经网络的电机电磁设计方法、设备和介质 | |
| Yuan et al. | Automatic intrinsic reward shaping for exploration in deep reinforcement learning | |
| CN114817578B (zh) | 科技论文引用关系表示学习方法、系统及存储介质 | |
| CN115660096A (zh) | 一种基于多粒子的量子随机行走纠错方法 | |
| CN114202063A (zh) | 一种基于遗传算法优化的模糊神经网络温室温度预测方法 | |
| Alam et al. | Deepqmlp: A scalable quantum-classical hybrid deep neural network architecture for classification | |
| AU2023204210A1 (en) | Method and system for solving qubo problems with hybrid classical-quantum solvers | |
| CN114139823B (zh) | 面向智能制造车间生产与计算任务的耦合调度方法 | |
| Chen et al. | Nearest neighbor synthesis of CNOT circuits on general quantum architectures | |
| US11734484B2 (en) | Method for automating semiconductor design based on artificial intelligence | |
| Ghosh et al. | Dynamic Selection of Perception Models for Robotic Control | |
| CN113780450A (zh) | 基于自编码神经网络的分布式存储方法及系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |