CN117787426B - 量子系统的基态获取方法、装置、存储介质和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种量子系统的基态获取方法、装置、存储介质和电子设备，其中，该方法包括：在通过量子控制模块执行变分量子线路求解量子系统基态的过程中，通过测量模块测量哈密顿量在参考量子态下的能量参数；在能量参数不满足收敛条件的情况下，通过测量模块测量量子系统在参考量子态下的目标态信息，其中，目标态信息是参考量子态所具有的能够表达量子系统的基态性质的信息；根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态，直至检测出能量参数满足收敛条件，得到量子控制模块输出的输出态；根据输出态获取量子系统的基态。通过本申请，解决了量子计算系统获取基态的效率较低的问题，达到了提高量子计算系统获取基态的效率的效果。

Description

量子系统的基态获取方法、装置、存储介质和电子设备

技术领域

本申请实施例涉及量子领域，具体而言，涉及一种量子系统的基态获取方法、装置、存储介质和电子设备。

背景技术

磁性材料可以在外部磁场的作用下展现出一定的性质，这使得磁性材料在生活中具有丰富的应用，例如存储器件、扬声器等，从磁性材料的微观构成出发，研究构成磁性材料的微观粒子之间的相互作用及这些粒子在外磁场作用下的响应，是设计磁性材料的一种重要手段和方法，这种磁性材料一般可以使用量子系统来描述，该量子系统的基态反映了该量子系统的磁学性质。

相关技术中，一般通过调整变分量子线路的参数使得作用了变分量子线路的量子系统能够处于基态，这种含参量子态的有效性可以由绝热定理所保证，在变分量子线路深度足够深的情况下，可以得到量子系统的基态，但是这种方式需要量子计算系统经过足够深的变分量子线路，量子计算系统获取基态的效率较低。

针对相关技术中，量子计算系统获取基态的效率较低等问题，尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种量子系统的基态获取方法、装置、存储介质和电子设备，以至少解决相关技术中量子计算系统获取基态的效率较低的问题。

根据本申请的一个实施例，提供了一种量子系统的基态获取方法，量子计算系统包括处理器，量子控制模块和测量模块，其中，所述量子系统的哈密顿量用于描述目标磁性材料在多个方向磁场下的响应，所述量子系统的基态是由作用在初始态上的变分量子线路所构建的含参变分量子态表达的，所述方法应用于所述处理器，所述方法包括：

在通过所述量子控制模块执行所述变分量子线路求解所述量子系统基态的过程中，通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，其中，所述参考量子态是在参考初始态上作用所述变分量子线路得到的，所述能量参数用于指示所述量子系统的哈密顿量在所述参考量子态下的期望；

在所述能量参数不满足收敛条件的情况下，通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标态信息是所述参考量子态所具有的能够表达所述量子系统的基态性质的信息；

根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，直至检测出所述能量参数满足所述收敛条件，得到所述量子控制模块输出的输出态；

根据所述输出态获取所述量子系统的基态。

在一个示例性实施例中，所述通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，包括：通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值；根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态，其中，所述直积初始态中携带了所述目标态信息。

在一个示例性实施例中，所述通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值，包括：通过所述测量模块测量所述参考量子态的泡利X算符期望值和泡利Z算符期望值，其中，所述泡利算符期望值包括所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值，所述多个方向包括X方向和Z方向，所述目标方向包括所述X方向和所述Z方向。

在一个示例性实施例中，所述根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态，包括：根据所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值确定所述直积初始态的叠加系数参数；将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，其中，所述直积初始态是由所述叠加系数参数控制的态。

在一个示例性实施例中，所述根据所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值确定所述直积初始态的叠加系数参数，包括：通过以下公式确定所述直积初始态的叠加系数参数：/>；/>；其中，/>为第j个量子比特的所述泡利X算符期望值，/>为第j个量子比特的所述泡利Z算符期望值。

在一个示例性实施例中，所述通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值，包括：通过所述测量模块测量所述参考量子态的泡利Z算符期望值，其中，所述泡利算符期望值包括所述泡利Z算符期望值，所述多个方向包括X方向和Z方向，所述目标方向包括所述Z方向。

在一个示例性实施例中，所述根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态：获取所述哈密顿量中量子比特与所述磁场在所述X方向的相互作用强度参数；根据所述泡利Z算符期望值和所述相互作用强度参数确定所述直积初始态的叠加系数参数；将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，其中，所述直积初始态是由所述叠加系数参数控制的态。

在一个示例性实施例中，所述根据所述泡利Z算符期望值和所述相互作用强度参数确定所述直积初始态的叠加系数参数，包括：通过以下公式确定所述直积初始态的叠加系数参数：/>；/>；其中，/>为所述相互作用强度参数，/>为第j个量子比特的所述泡利Z算符期望值。

在一个示例性实施例中，所述将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，包括：通过以下公式确定所述直积初始态：/>；其中，为所述叠加系数参数，j为所述量子系统中第j个量子比特，/>用于指示量子比特处于自旋向上的状态，/>用于指示量子比特处于自旋向下的状态，i为虚数单位。

在一个示例性实施例中，在所述通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息之前，所述方法还包括：检测所述能量参数与历史能量参数之间的关系，其中，所述历史能量参数是在所述能量参数之前的所述量子系统执行所述变分量子线路的过程中测量到的；在所述能量参数小于或者等于所述历史能量参数的目标倍数的情况下，测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标倍数大于0且小于1；在所述能量参数大于所述历史能量参数的目标倍数的情况下，不更新所述参考初始态。

在一个示例性实施例中，所述根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，包括以下之一：将所述目标态信息添加至所述参考初始态中，得到下一个所述参考初始态传输至所述量子控制模块；在所述参考量子态下的直积初始态携带了所述目标态信息的情况下，将所述直积初始态确定为下一个所述参考初始态传输至所述量子控制模块。

在一个示例性实施例中，所述通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，包括：获取所述测量模块在所述量子控制模块执行完成所述变分量子线路后测量到的所述哈密顿量在所述参考量子态下的能量期望值，其中，所述能量参数包括所述哈密顿量在所述参考量子态下的能量期望值，所述能量期望值用于指示所述哈密顿量在所述参考量子态下的测量期望值。

在一个示例性实施例中，在所述通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数之前，所述方法还包括：构建所述哈密顿量，并构造所述变分量子线路；确定执行所述变分量子线路的首个初始态，其中，所述量子控制模块用于从所述首个初始态出发执行所述变分量子线路构造含参变分量子态开始求解所述量子系统基态。

在一个示例性实施例中，所述哈密顿量H的形式为：；其中，j为所述量子系统中的第j个量子比特，k为所述量子系统中的第k个量子比特，/>为量子比特j的泡利Z算符，/>为量子比特k的泡利Z算符，/>用于指示两体泡利/>算符之间的相互作用强度，/>为量子比特j的泡利X算符，/>用于指示量子比特j与所述磁场在X方向的相互作用强度，/>用于指示量子比特j与所述磁场在Z方向的相互作用强度。

在一个示例性实施例中，所述变分量子线路的形式为：；其中，L为所述变分量子线路的层数，/>用于指示所述变分量子线路中的第/>层线路，/>为待优化的旋转角度，i为虚数单位，。

在一个示例性实施例中，所述首个初始态的形式为：/>；其中，表示Z基下所有计算基矢态的均匀线性叠加。

在一个示例性实施例中，所述含参变分量子态的形式为：；其中，/>为所述含参变分量子态的初始态。

在一个示例性实施例中，所述量子计算系统包括第一计算机和第二计算机，第一计算机是部署了所述量子控制模块和所述测量模块的量子计算机，所述第二计算机是部署了所述处理器的经典计算机；所述通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，包括：通过所述第二计算机获取所述第一计算机发送的所述能量参数，其中，所述能量参数是所述第一计算机通过所述测量模块对所述参考量子态进行测量得到的；所述通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，包括：通过所述第二计算机向所述第一计算机发送测量指令，其中，所述测量指令用于指示所述第一计算机测量所述目标态信息；接收所述第一计算机响应所述测量指令返回的所述目标态信息，其中，所述目标态信息是所述第一计算机通过所述测量模块对所述参考量子态进行测量得到的。

在一个示例性实施例中，所述根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，包括：通过所述第二计算机使用所述目标态信息生成初始态更新指令，其中，所述初始态更新指令用于指示使用所述目标态信息更新所述参考初始态；通过所述第二计算机将所述初始态更新指令发送至所述第一计算机，其中，所述第一计算机用于响应所述初始态更新指令，使用所述目标态信息得到下一个参考初始态，并通过所述量子控制模块使用下一个参考初始态执行所述变分量子线路；所述根据所述输出态获取所述量子系统的基态，包括：通过所述第二计算机从所述第一计算机接收所述输出态；根据所述输出态确定所述量子系统的基态。

根据本申请的另一个实施例，提供了一种量子系统的基态获取装置，量子计算系统包括处理器，量子控制模块和测量模块，其中，所述量子系统的哈密顿量用于描述目标磁性材料在多个方向磁场下的响应，所述量子系统的基态是由作用在初始态上的变分量子线路所构建的含参变分量子态表达的，所述装置应用于所述处理器，所述装置包括：

第一测量模块，用于在通过所述量子控制模块执行所述变分量子线路求解所述量子系统基态的过程中，通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，其中，所述参考量子态是在参考初始态上作用所述变分量子线路得到的，所述能量参数用于指示所述量子系统的哈密顿量在所述参考量子态下的期望；

第二测量模块，用于在所述能量参数不满足收敛条件的情况下，通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标态信息是所述参考量子态所具有的能够表达所述量子系统的基态性质的信息；

更新模块，用于根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，直至检测出所述能量参数满足所述收敛条件，得到所述量子控制模块输出的输出态；

获取模块，用于根据所述输出态获取所述量子系统的基态。

根据本申请的又一个实施例，还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

根据本申请的又一个实施例，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

通过本申请，在通过量子控制模块执行变分量子线路求解量子系统基态的过程中，通过测量模块测量哈密顿量在参考量子态下的能量参数，在能量参数不满足收敛条件的情况下，通过测量模块测量参考量子态下的目标态信息，根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态，直至检测出能量参数满足收敛条件，得到量子控制模块输出的输出态，根据输出态获取量子系统的基态。由于目标态信息是参考量子态所具有的能够表达基态性质的信息，因此，在根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态的过程中，参考初始态能够包括参考量子态所具有的能够表达基态性质的信息，使用更新后的参考初始态再执行变分量子线路求解量子系统基态的过程中，由于更新后的参考初始态包含了待获取的量子系统的基态的信息，因此能够加快获取量子系统的基态的过程，故可以解决量子计算系统获取基态的效率较低问题，达到提高量子计算系统获取基态的效率效果。

附图说明

图1是本申请实施例的一种量子系统的基态获取方法的服务器设备的硬件结构框图；

图2是根据本申请实施例的量子系统的基态获取方法的示意图；

图3是根据本申请实施例的一种量子计算机和经典计算机的交互过程的示意图；

图4是根据本申请实施例的一种量子系统的基态获取过程的流程图；

图5是根据本申请实施例的一种参考初始态的更新过程的流程图；

图6是根据本申请实施例的量子系统的基态获取装置的结构框图；

图7是根据本申请实施例的一种电子设备的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的实施例。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请实施例中所提供的方法实施例可以在服务器设备或者类似的运算装置中执行。以运行在服务器设备上为例，图1是本申请实施例的一种量子系统的基态获取方法的服务器设备的硬件结构框图。如图1所示，服务器设备可以包括一个或多个（图1中仅示出一个）处理器102（处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置）和用于存储数据的存储器104，其中，上述服务器设备还可以包括用于通信功能的传输设备106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述服务器设备的结构造成限定。例如，服务器设备还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储器104可用于存储计算机程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的量子系统的基态获取方法对应的计算机程序，处理器102通过运行存储在存储器104内的计算机程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至服务器设备。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。

传输设备106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括服务器设备的通信供应方提供的无线网络。在一个实例中，传输设备106包括一个网络适配器（Network Interface Controller，简称为NIC），其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备106可以为射频（Radio Frequency，简称为RF）模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

在本实施例中提供了一种量子系统的基态获取方法，图2是根据本申请实施例的量子系统的基态获取方法的示意图，如图2所示，量子计算系统包括处理器，量子控制模块和测量模块，其中，所述量子系统的哈密顿量用于描述目标磁性材料在多个方向磁场下的响应，所述量子系统的基态是由作用在初始态上的变分量子线路所构建的含参变分量子态表达的，所述方法应用于所述处理器，上述量子系统的基态获取方法包括如下步骤：

步骤S202，在通过所述量子控制模块执行所述变分量子线路求解所述量子系统基态的过程中，通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，其中，所述参考量子态是在参考初始态上作用所述变分量子线路得到的，所述能量参数用于指示所述量子系统的哈密顿量在所述参考量子态下的期望；

步骤S204，在所述能量参数不满足收敛条件的情况下，通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标态信息是所述参考量子态所具有的能够表达所述量子系统的基态性质的信息；

步骤S206，根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，直至检测出所述能量参数满足所述收敛条件，得到所述量子控制模块输出的输出态；

步骤S208，根据所述输出态获取所述量子系统的基态。

通过上述步骤，在通过量子控制模块执行变分量子线路求解量子系统基态的过程中，通过测量模块测量哈密顿量在参考量子态下的能量参数，在能量参数不满足收敛条件的情况下，通过测量模块测量参考量子态下的目标态信息，根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态，直至检测出能量参数满足收敛条件，得到量子控制模块输出的输出态，根据输出态获取量子系统的基态。由于目标态信息是参考量子态所具有的能够表达基态性质的信息，因此，在根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态的过程中，参考初始态能够包括参考量子态所具有的能够表达基态性质的信息，使用更新后的参考初始态再执行变分量子线路求解量子系统基态的过程中，由于更新后的参考初始态包含了待获取的量子系统的基态的信息，因此能够加快获取量子系统的基态的过程，故可以解决量子计算系统获取基态的效率较低问题，达到提高量子计算系统获取基态的效率效果。

可选的，在本实施例中，量子系统的哈密顿量用于描述目标磁性材料在多个方向磁场下的响应，上述目标磁性材料可以但不限于应用于存储器件、扬声器等。上述多个方向磁场可以但不限于包括：横向磁场、纵向磁场等。

可选的，在本实施例中，可以但不限于获取量子系统容易制备的态，对容易制备的态按照一定的顺序作用一系列的量子门得到上述初始态，上述容易制备的态可以但不限于包括：、/>等。其中，/>用于指示量子比特处于自旋向上的状态，/>用于指示量子比特处于自旋向下的状态。n个处于/>的量子比特可以使用/>表示。n个处于/>的量子比特可以使用/>表示。上述量子门可以但不限于包括：X门、Y门、Z门、H（Hadamard，哈达玛）门、CONT门等。

可选的，在本实施例中，对初始态作用变分量子线路得到含参变分量子态，上述变分量子线路是由含参数的量子门组成的量子线路，上述含参数的量子门可以但不限于包括：旋转门RX门、RY门和RZ门等。对初始态作用变分量子线路得到了含参变分量子态，可以但不限于获取量子系统的哈密顿量在含参变分量子态下的期望，根据哈密顿量的期望确定含参变分量子态对于量子系统基态的近似程度。

可选的，在本实施例中，上述量子计算系统可以但不限于应用在具有获取量子系统的基态的能力的电子设备中，上述电子设备可以但不限于包括：量子计算机、经典计算机、包括了量子计算机和经典计算机的电子设备等。

可选的，在本实施例中，可以但不限于采用多体系统的伊辛（Ising）模型和海森堡模型等对目标磁性材料进行描述，通过两体泡利算符表示粒子间的相互作用，由目标方向的单体泡利算符表示外加磁场的作用。

在上述步骤S202提供的技术方案中，上述能量参数用于指示量子系统的哈密顿量在参考量子态下的期望，比如：定义量子系统的哈密顿量在参考量子态下的期望，求得上述期望值作为能量参数。或者，能量参数也可以采用任何其他能够用于指示量子系统的哈密顿量在参考量子态下的期望的参数形式，在本实施例中不作限定。

可选的，在本实施例中，变分量子线路可以但不限于包括一系列的含参数的量子门，可以但不限于在参考初始态上作用一系列的含参数的量子门得到参考量子态，测量模块可以但不限于用于测量量子系统的哈密顿量在参考量子态下的期望值作为上述能量参数。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数：获取所述测量模块在所述量子控制模块执行完成所述变分量子线路后测量到的所述哈密顿量在所述参考量子态下的能量期望值，其中，所述能量参数包括所述哈密顿量在所述参考量子态下的能量期望值，所述能量期望值用于指示所述哈密顿量在所述参考量子态下的测量期望值。

可选的，在本实施例中，上述变分量子线路可以但不限于包括一系列的含参数的量子门，量子控制模块可以但不限于用于按照一定的顺序作用一系列含参数的量子门，比如：量子控制模块依次作用旋转门门、/>门和/>门，其中，/>门、门和/>门为作用在第j个量子比特上的RX、RY、RZ旋转门，并且、/>、/>，其中，/>门用于控制量子比特j绕X轴进行d₁弧度的旋转，/>门用于控制量子比特j绕Y轴进行e₁弧度的旋转，门用于控制量子比特j绕Z轴进行f₁弧度的旋转等。

或者，依次作用旋转门门、/>门和/>门，其中，/>门用于控制量子比特j绕X轴进行/>弧度的旋转，/>门用于控制量子比特j绕X轴进行/>弧度的旋转，/>门用于控制量子比特j绕X轴进行/>弧度的旋转等。

或者，量子控制模块依次作用旋转门门，/>门和/>门，其中/>门为作用在量子比特j和量子比特k上的两比特旋转门，，是由两个由量子比特j控制量子比特k的CNOT门和一个作用在量子比特k上的RX旋转门组成，/>是由两个由量子比特j控制量子比特k的CNOT门和一个作用在量子比特k上的RY旋转门组成，是由两个由量子比特j控制量子比特k的CNOT门和一个作用在量子比特k上的RZ旋转门组成。也就是说，此类两比特旋转门可以通过单比特旋转门来构建。

可选的，在本实施例中，上述变分量子线路可以但不限于包括一系列的含参数的量子门以及不含参数的量子门，在量子系统完成作用全部的含参数的量子门以及其他必要的不含参数的量子门的情况下，测量模块可以但不限于用于测量量子系统的哈密顿量在参考量子态下的期望值作为能量参数。

可选的，在本实施例中，上述哈密顿量可以但不限于包括量子系统中的量子比特之间的相互作用，以及目标磁性材料在多个方向磁场下的响应，以量子系统包括量子比特j和量子比特k，在量子系统的横向和纵向均施加了磁场为例，哈密顿量可以但不限于包括：量子比特j与横向磁场的相互作用，量子比特j与纵向磁场的相互作用，量子比特k与横向磁场的相互作用，量子比特k与纵向磁场的相互作用，以及量子比特j与量子比特k的相互作用。

在一个示例性实施例中，在所述通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数之前，可以但不限于执行以下操作：构建所述哈密顿量，并构造所述变分量子线路；确定执行所述变分量子线路的首个初始态，其中，所述量子控制模块用于从所述首个初始态出发执行所述变分量子线路构造含参变分量子态开始求解所述量子系统基态。

可选的，在本实施例中，可以但不限于获取容易制备的态，对容易制备的态按照一定的顺序作用一系列的量子门将得到的态作为上述首个初始态，上述容易制备的态可以但不限于包括：、/>等，其中，/>用于指示量子比特处于自旋向上的状态，/>用于指示量子比特处于自旋向下的状态。n个处于/>的量子比特可以使用/>表示。n个处于的量子比特可以使用/>表示。

可选的，在本实施例中，上述量子门可以但不限于包括：X门、Y门、Z门、H门、CONT门等。可以但不限于使用、/>等作为上述首个初始态，在容易制备的态为/>的情况下，可以但不限于在每个量子比特上作用H门，使得/>变成/>。在容易制备的态为的情况下，可以但不限于在每个量子比特上作用H门，使得/>变成/>。

可选的，在本实施例中，上述变分量子线路可以但不限于包括可调节参数的量子线路，上述可调节参数可以但不限于包括变分量子线路中包括的旋转门的旋转角度，比如：以旋转门包括门、/>门和/>门为例，/>门、/>门和/>门为作用在第j个量子比特上的RX、RY、RZ旋转门，并且/>、/>、，/>门的可调节参数为控制量子比特j绕X轴旋转的d₁弧度，/>门的可调节参数为控制量子比特j绕Y轴旋转的e₁弧度，/>门的可调节参数为控制量子比特j绕Z轴旋转的f₁弧度。

可选的，在本实施例中，可以但不限于根据哈密顿量构造上述变分量子线路，或者自适应的构建上述变分量子线路等。

可选的，在本实施例中，量子系统的基态所具有的显著特征可以但不限于包括哈密顿量在基态下的能量可以取得最小值，为了获取量子系统的基态，可以但不限于将哈密顿量在参考量子态下的能量期望值视为待优化的损失函数进行优化，比如：使用梯度下降法、反向传播算法等方法调整变分量子线路中包括的旋转门的旋转角度，从而优化哈密顿量在参考量子态下的能量期望值。

可选的，在本实施例中，可以但不限于调整含参变分量子态的初始态，使得含参变分量子态能够更接近基态，从而高准确性的表达量子系统的基态。

可选的，在本实施例中，量子控制模块可以但不限于用于控制初始态的制备以及在初始态上作用变分量子线路，得到含参变分量子态根据量子系统的哈密顿量在含参变分量子态下的期望值求解量子系统的基态。

可选的，在本实施例中，可以但不限于通过调节对初始态作用的变分量子线路中的可调节参数，使得作用了变分量子线路的参考量子态能够逐渐趋于基态，比如：以旋转门包括门、/>门和/>门为例，/>门、/>门和/>门为作用在第j个量子比特上的RX、RY、RZ旋转门，并且/>、/>、，/>门的可调节参数为控制量子比特j绕X轴旋转的d₁弧度，门的可调节参数为控制量子比特j绕Y轴旋转的e₁弧度，/>门的可调节参数为控制量子比特j绕Z轴旋转的f₁弧度，可以但不限于调节对初始态作用的变分量子线路中的可调节参数d₁弧度、e₁弧度以及f₁弧度，直至含参变分量子态可以较好的表达量子系统的基态，使得作用更新后的变分量子线路得到的参考量子态能够逐渐趋于基态。

在一个示例性实施例中，所述哈密顿量H的形式可以但不限于为：；其中，j为所述量子系统中的第j个量子比特，k为所述量子系统中的第k个量子比特，/>为量子比特j的泡利Z算符，/>为量子比特k的泡利Z算符，/>用于指示两体泡利/>算符之间的相互作用强度，/>为量子比特j的泡利X算符，/>用于指示量子比特j与所述磁场在X方向的相互作用强度，/>用于指示量子比特j与所述磁场在Z方向的相互作用强度。

可选的，在本实施例中，可以但不限于在量子系统的X方向和Z方向施加磁场，使得量子系统部署在包括横向和纵向的磁场中，泡利Z算符用于描述量子比特在Z方向的自旋性质，泡利X算符用于描述量子比特在X方向的自旋性质，两体泡利算符用于描述量子比特j和量子比特k在Z方向的相互作用性质，上述量子比特j和量子比特k可以但不限于用于指示量子系统中的第j个量子比特和量子系统中的第k个量子比特。

可选的，在本实施例中，哈密顿量可以但不限于用于描述量子系统的总能量，以哈密顿量，量子系统包括量子比特1、量子比特2和量子比特3为例，可以但不限于通过以下方式获取量子系统的哈密顿量H：

获取量子比特1和量子比特2在Z方向之间的相互作用1，量子比特2和量子比特3在Z方向之间的相互作用2和量子比特1和量子比特3在Z方向之间的相互作用3；

获取量子比特1与磁场在X方向的相互作用4，量子比特1与磁场在Z方向的相互作用5；获取量子比特2与磁场在X方向的相互作用6，量子比特2与磁场在Z方向的相互作用7；获取量子比特3与磁场在X方向的相互作用8，量子比特3与磁场在Z方向的相互作用9；根据相互作用1至相互作用9构造哈密顿量H。

在一个示例性实施例中，所述变分量子线路的形式可以但不限于为：；其中，L为所述变分量子线路的层数，/>用于指示所述变分量子线路中的第/>层线路，/>为待优化的旋转角度，i为虚数单位，。

可选的，在本实施例中，可以但不限于将一系列的不含参量子门和含参量子门进行组合，得到变分量子线路，对于变分量子线路来说，其所包含的含参量子门的参数是可调节的，比如：旋转门的旋转角度。

可选的，在本实施例中，以对初始态作用L层的变分量子线路为例，可以但不限于对初始态中的量子比特j依次作用含参量子门/>、/>和/>以及在量子比特j，k上作用不含参量子门控制比特为j目标比特为k的/>门，其中，待优化的旋转角度/>，对于每一层变分量子线路（第/>层的变分量子线路）来说，其可以但不限于有相同的待优化的旋转角度。或者，可以但不限于对不同的量子比特作用不同的含参量子门，含参量子门之间的待优化的旋转角度也可以是不同的。

可选的，在本实施例中，可以但不限于将哈密顿量在参考量子态下的能量期望值视为待优化的损失函数，通过调整变分量子线路中每个旋转门的旋转角度优化损失函数，直至损失函数到达最小值，即参考量子态处于量子系统的基态。

在一个示例性实施例中，所述首个初始态的形式可以但不限于为：/>；其中，/>表示Z基下所有计算基矢态的均匀线性叠加，可以但不限于通过在态/>的每个量子比特上作用H门，使得/>变成/>得到/>。

可选的，在本实施例中，Z基是描述量子比特状态的一组基础态，Z基下的基础态为每个量子比特上或/>的直乘形式。Z基下所有计算基矢态用于指示量子比特在Z基下的所有可能状态，可以但不限于对Z基下的所有可能状态进行均匀的线性组合，使得量子比特处于叠加状态，比如：/>等。

可选的，在本实施例中，以量子系统包括n个量子比特为例，可以但不限于选择对Z基下的所有可能状态进行均匀的线性组合，使得量子系统中的量子比特处于的叠加状态，即选择/>作为量子系统的首个初始态。或者，可以但不限于选择对Z基下的所有可能状态进行均匀的线性组合，使得量子系统中的量子比特处于/>的叠加状态，即选择/>作为量子系统的首个初始态等。

可选的，在本实施例中，可以但不限于通过以下方式制备首个初始态：获取容易制备的态/>，在每个量子比特上作用H门，使得/>变成/>得到首个初始态。

在一个示例性实施例中，所述含参变分量子态的形式可以但不限于为：；其中，/>为所述含参变分量子态的初始态。

可选的，在本实施例中，在获取了首个初始态的情况下，可以但不限于将首个初始态作为初始态/>=/>作用变分量子线路，得到含参变分量子态。

或者，在获取了首个初始态 的情况下，可以但不限于将首个初始态作为初始态/>=/>作用变分量子线路/>，得到含参变分量子态/>。

在上述步骤S204提供的技术方案中，上述收敛条件可以但不限于用于指示含参变分量子态能否很好的表达量子系统的基态，比如：在能量参数满足收敛条件的情况下，确定含参变分量子态可以较好的表达量子系统的基态。或者，在能量参数不满足收敛条件的情况下，确定含参变分量子态不能较好的表达量子系统的基态。

可选的，在本实施例中，能量参数用于指示量子系统的哈密顿量在参考量子态下的期望，可以但不限于根据量子系统的哈密顿量在参考量子态下的期望是否收敛，确定能量参数是否满足收敛条件，比如：在量子系统的哈密顿量在参考量子态下的期望收敛的情况下，确定能量参数满足收敛条件。或者，在量子系统的哈密顿量在参考量子态下的期望不收敛的情况下，确定能量参数满足不收敛条件。

可选的，在本实施例中，可以但不限于根据量子系统的基态性质确定能够表达量子系统的基态性质的信息，比如：在量子系统的基态为低纠缠态的情况下，使用直积态表达量子系统的基态所具有的低纠缠性质。

可选的，在本实施例中，通过测量模块测量量子系统在参考量子态下的目标态信息，比如：通过测量模块测量参考量子态下的泡利算符的期望，并根据泡利算符的期望值构造对应的直积态，并且构造出的直积态中携带了能够表达量子系统的基态所具有的低纠缠态的目标态信息。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息：通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值；根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态，其中，所述直积初始态中携带了所述目标态信息。

可选的，在本实施例中，可以但不限于将目标磁性材料所在磁场的多个方向中的每个方向确定为目标方向，上述目标磁性材料所在的磁场可以但不限于包括：与量子比特的Z方向自旋垂直的X方向横向磁场、与量子比特的Z方向平行的Z方向纵向磁场、与量子比特的Z方向垂直的Y方向磁场等。

可选的，在本实施例中，测量模块可以但不限于用于将目标磁性材料所在磁场的多个方向中的每个方向确定为目标方向，测量目标方向下的泡利算符期望值，上述泡利算符期望值可以但不限于包括泡利X算符的期望值，泡利Y算符的期望值和泡利Z算符的期望值等。

可选的，在本实施例中，量子系统的基态可以但不限于为低纠缠态，由于直积态没有纠缠且较容易制备，因此可以但不限于使用直积态来描述低纠缠态的一部分性质，或者使用类似于直积态能够描述低纠缠态的性质的其他态作为上述直积初始态。

可选的，在本实施例中，在使用直积态作为上述直积初始态的情况下，直积态可以但不限于用于描述上述低纠缠态的一部分性质，从而尽可能多的包含基态的性质，设直积态包含未知量，已知泡利算符的期望值/>、/>和/>与直积态/>的未知量具有对应关系，可以但不限于通过以下方式根据泡利算符期望值确定参考量子态的直积态：

获取每个量子比特的泡利X算符的期望值{}，泡利Y算符的期望值{/>}和泡利Z算符的期望值{/>}；

根据泡利算符的期望值{}、{/>}和{/>}与未知量的对应关系，确定直积初始态的未知量，再根据求得的未知量的值求得直积态/>。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值：通过所述测量模块测量所述参考量子态的泡利X算符期望值和泡利Z算符期望值，其中，所述泡利算符期望值包括所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值，所述多个方向包括X方向和Z方向，所述目标方向包括所述X方向和所述Z方向。

可选的，在本实施例中，为了减少误差，测量模块可以但不限于用于测量一段时间内的参考量子态的泡利X算符期望值和泡利Z算符期望值，对其求均值作为参考量子态的泡利X算符期望值和泡利Z算符期望值。或者，测量模块可以但不限于用于测量多次参考量子态的泡利X算符期望值和泡利Z算符期望值，对其求均值作为参考量子态的泡利X算符期望值和泡利Z算符期望值等。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态：根据所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值确定所述直积初始态的叠加系数参数；将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，其中，所述直积初始态是由所述叠加系数参数控制的态。

可选的，在本实施例中，可以但不限于使用直积态作为上述直积初始态，上述叠加系数参数可以但不限于用于指示泡利算符的期望值与直积初始态之间的对应关系，比如：设直积初始态中包含未知量，已知泡利算符的期望值与叠加系数参数具有对应关系，且叠加系数参数与未知量具有对应关系，可以但不限于通过以下方式根据泡利算符期望值确定参考量子态的直积初始态：/>

获取每个的泡利X算符的期望值{}，泡利Y算符的期望值{/>}和泡利Z算符的期望值{/>}；

根据泡利算符的期望值{}、{/>}和{/>}与叠加系数参数的对应关系，确定叠加系数参数，再根据叠加系数参数求得直积态/>。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式根据所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值确定所述直积初始态的叠加系数参数：通过以下公式确定所述直积初始态的叠加系数参数：/>；/>；其中，/>为第j个量子比特的所述泡利X算符期望值，/>为第j个量子比特的所述泡利Z算符期望值。

可选的，在本实施例中，测量模块可以但不限于用于测量第j个量子比特的泡利X算符期望值和第j个量子比特的泡利Z算符期望值/>，根据第j个量子比特的泡利Z算符期望值/>确定叠加系数参数/>，根据第j个量子比特的泡利X算符期望值/>确定叠加系数参数/>。

可选的，在本实施例中，量子系统的基态为低纠缠态，使用直积态可以较好的描述这种低纠缠态，可以但不限于使用直积态作为上述直积初始态，一般来说，一个任意的直积态可以分解成由叠加系数参数/>控制的态，已知第j个量子比特的泡利X算符期望值/>，第j个量子比特的泡利Z算符期望值/>和叠加系数参数/>具有的对应关系：，/>（公式1）；

测量模块可以但不限于用于测量第j个量子比特的泡利X算符期望值和第j个量子比特的泡利Z算符期望值/>，并根据公式1得到直积初始态的叠加系数参数/>，从而根据叠加系数参数/>确定直积初始态。

可选的，在本实施例中，在使用直积态作为上述直积初始态的情况下，可以但不限于根据量子比特j的泡利X算符期望值，泡利Y算符期望值/>和泡利Z算符期望值/>与叠加系数参数/>之间的对应关系确定叠加系数参数/>，上述对应关系包括：（公式2）；

由于使用直积态作为上述直积初始态，因此量子比特j的泡利X算符期望值，泡利Y算符期望值/>和泡利Z算符期望值/>满足关系/>，因此，对公式2进行化简得到的对应关系包括：/>（公式3）；/>

在使用哈密顿量的情况下，量子比特上的泡利Y算符与其Y_j反对易，即/>这意味着在H的基态下，每个量子比特上的泡利算符的期望值应当为0，并且存在以下关系：/>（公式4）；

由于公式4中的E_g一般不为0，所以只有为0。

根据公式4进一步的化简公式3中的取值，得到公式1中的对应关系：，/>。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值：通过所述测量模块测量所述参考量子态的泡利Z算符期望值，其中，所述泡利算符期望值包括所述泡利Z算符期望值，所述多个方向包括X方向和Z方向，所述目标方向包括所述Z方向。

可选的，在本实施例中，为了减少误差，测量模块可以但不限于用于测量一段时间内的参考量子态的泡利Z算符期望值，对其求均值作为参考量子态的泡利Z算符期望值。或者，测量模块可以但不限于用于测量多次参考量子态的泡利Z算符期望值，对其求均值作为参考量子态的泡利Z算符期望值等。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态：获取所述哈密顿量中量子比特与所述磁场在所述X方向横场的相互作用强度参数；根据所述泡利Z算符期望值和所述相互作用强度参数确定所述直积初始态的叠加系数参数；将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，其中，所述直积初始态是由所述叠加系数参数控制的态。

可选的，在本实施例中，上述相互作用强度参数可以但不限于用于指示量子比特与磁场在X方向之间的相互作用的强度。

可选的，在本实施例中，可以但不限于使用直积态作为上述直积初始态，上述叠加系数参数可以但不限于用于指示泡利Z算符的期望值、相互作用强度参数与直积初始态之间的对应关系，比如：设直积态中包含的未知量为叠加系数参数，已知泡利算符的期望值/>、/>和/>与直积态/>的叠加系数参数具有对应关系，可以但不限于通过以下方式根据泡利Z算符期望值和相互作用强度参数确定参考量子态的直积初始态：

获取每个量子比特的泡利X算符的期望值{}，泡利Y算符的期望值{/>}和泡利Z算符的期望值{/>}；

根据泡利算符的期望值{}、{/>}和{/>}与叠加系数参数的对应关系，确定直积初始态的叠加系数参数，再根据求得的叠加系数参数获取直积态/>。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式根据所述泡利Z算符期望值和所述相互作用强度参数确定所述直积初始态的叠加系数参数：通过以下公式确定所述直积初始态的叠加系数参数：/>；/>；其中，/>为所述相互作用强度参数，/>为第j个量子比特的所述泡利Z算符期望值。/>

可选的，在本实施例中，测量模块可以但不限于用于测量第j个量子比特的泡利Z算符期望值，第j个量子比特与磁场在X方向的相互作用强度参数/>，根据第j个量子比特的泡利Z算符期望值/>确定叠加系数参数/>，第j个量子比特与磁场在X方向的相互作用强度参数/>确定叠加系数参数/>。

可选的，在本实施例中，在使用哈密顿量的情况下，考虑哈密顿量/>的基态，因为/>中不含有两体XX项，所以在基态中，每个量子比特的X分量应该尽量与第j个量子比特与磁场在X方向横场的相互作用强度参数/>保持反平行状态，这种排布可以使得态的能量尽可能的低，于是对公式1进行进一步化简得到：/>，/>（公式5）；

也就是说，为了使用直积态对的基态完成较好的近似，我们仅仅需要测量泡利 算符的期望值。测量两体ZZ项的期望值的同时，可以无开销的得到泡利Z算符的期望值，这 是因为我们都是在Z基下完成这个测量操作的。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态：通过以下公式确定所述直积初始态：；其中，/>为所述叠加系数参数，j为所述量子系统中第j个量子比特，/>用于指示量子比特处于自旋向上的状态，/>用于指示量子比特处于自旋向下的状态，i为虚数单位。

可选的，在本实施例中，可以但不限于通过作用绕Y轴的旋转门RY和绕Z轴的旋转门RZ来实现从容易制备的态到直积初始态的转换。

可选的，在本实施例中，在通过上述方式求得直积初始态的叠加系数参数的情况下，可以但不限于进而求得直积初始态/>，可以但不限于将直积初始态作为下一个参考初始态，作用更新后的变分量子线路。

在一个示例性实施例中，在所述通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息之前，可以但不限于采用以下方式更新参考初始态：检测所述能量参数与历史能量参数之间的关系，其中，所述历史能量参数是在所述能量参数之前的所述量子系统执行所述变分量子线路的过程中测量到的；在所述能量参数小于或者等于所述历史能量参数的目标倍数的情况下，测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标倍数大于0且小于1；在所述能量参数大于所述历史能量参数的目标倍数的情况下，不更新所述参考初始态。

可选的，在本实施例中，可以但不限于存储量子系统执行每一次变分量子线路的过程中测量到的能量参数，并在量子系统执行每一次变分量子线路的过程中，获取上一次测量到的能量参数作为上述历史能量参数。

可选的，在本实施例中，可以但不限于适应性的调整目标倍数，以使得能够选择合适的目标态信息，比如：以目标倍数为0.3为例，在能量参数小于或者等于0.3倍的历史能量参数的情况下，测量量子系统在参考量子态下的目标态信息；或者，在能量参数大于0.3倍的历史能量参数的情况下，不更新参考初始态。

在上述步骤S206提供的技术方案中，根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态，可以但不限于包括：使用能够表达目标态信息的态更新参考初始态。或者，将目标态信息携带在参考初始态中对其进行更新等。

可选的，在本实施例中，更新量子控制模块所使用的含参变分量子态可以但不限于包括：仍旧使用未作用变分量子线路的参考初始态，对其作用更新后的变分量子线路。或者，根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态，对更新后的参考初始态作用更新后的变分量子线路。或者，根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态，对更新后的参考初始态作用未更新的变分量子线路等。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式之一根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态：将所述目标态信息添加至所述参考初始态中，得到下一个所述参考初始态传输至所述量子控制模块；在所述参考量子态下的直积初始态携带了所述目标态信息的情况下，将所述直积初始态确定为下一个所述参考初始态传输至所述量子控制模块。

可选的，在本实施例中，可以但不限于通过将目标态信息添加至参考初始态中得到下一个参考初始态。或者，在参考量子态下的直积初始态携带了目标态信息的情况下，通过将直积初始态确定为下一个参考初始态，实现根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态。

在上述步骤S208提供的技术方案中，在能量参数满足收敛条件的情况下，得到量子控制模块输出的输出态，可以但不限于将能量参数满足收敛条件的输出态确定为量子系统的基态。

需要说明的是，相关技术表明目前处于量子计算发展的初期阶段，也称为含噪中等尺度量子（NISQ）时代，如何在NISQ设备上实现量子优势是相关技术中的问题，本申请提出的量子系统的基态获取方法应用于变分量子线路，对于参考初始态的更新可以但不限于通过单比特门实现，因此本申请中的步骤均可以直接应用在相关技术中的NISQ设备上，为展现NISQ时代下的量子计算机在磁性材料设计等问题上潜在的优势提供了有力的保障。

其次，对于本申请提出的量子系统的基态获取方法，在更新量子控制模块所使用的参考初始态的过程中，通过考虑在优化过程中具有更低能量的态，从这个中提取信息编码到参考初始态之中实现对参考初始态的更新，使得更新后的初始态中包含了更多的目标态的信息，所以本申请提出的量子系统的基态获取方法可以加速变分量子线路对目标态的求解过程，在目标磁性材料的设计等问题上可以给出具有启发式意义的结果。

并且，本申请提出的量子系统的基态获取方法强调了在初始态（即更新的参考初始态）在变分量子线路中的地位，由于相关技术中获取目标态，往往集中于对变分量子线路的修改，而忽略了初始态的重要地位，本申请提出的量子系统的基态获取方法不仅存在对变分量子线路的修改还专注于对初始态的选择，一个良好的初始态不仅可以加快目标态的求解，还能提高求解的目标态的准确性。

在一个示例性实施例中，量子计算系统可以但不限于包括第一计算机和第二计算机，第一计算机是部署了所述量子控制模块和所述测量模块的量子计算机，所述第二计算机是部署了所述处理器的经典计算机；所述通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，包括：通过所述第二计算机获取所述第一计算机发送的所述能量参数，其中，所述能量参数是所述第一计算机通过所述测量模块对所述参考量子态进行测量得到的；所述通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，包括：通过所述第二计算机向所述第一计算机发送测量指令，其中，所述测量指令用于指示所述第一计算机测量所述目标态信息；接收所述第一计算机响应所述测量指令返回的所述目标态信息，其中，所述目标态信息是所述第一计算机通过所述测量模块对所述参考量子态进行测量得到的。

可选的，在本实施例中，第一计算机可以但不限于为具有量子计算功能，并且可以存储和处理用量子比特表示的信息的机器。

可选的，在本实施例中，第一计算机可以但不限于用于通过测量模块对参考量子态进行测量得到能量参数，并响应第二计算机发送的测量指令测量目标态信息。第二计算机可以但不限于用于获取第一计算机发送的能量参数，并通过测量模块测量量子系统在参考量子态下的目标态信息，向第一计算机发送测量指令，接收第一计算机响应测量指令返回的目标态信息。

在一个示例性实施例中，可以但不限于采用以下方式根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态：通过所述第二计算机使用所述目标态信息生成初始态更新指令，其中，所述初始态更新指令用于指示使用所述目标态信息更新所述参考初始态；通过所述第二计算机将所述初始态更新指令发送至所述第一计算机，其中，所述第一计算机用于响应所述初始态更新指令，使用所述目标态信息得到下一个参考初始态，并通过所述量子控制模块使用下一个参考初始态执行所述变分量子线路；可以但不限于采用以下方式所述根据所述输出态获取所述量子系统的基态：通过所述第二计算机从所述第一计算机接收所述输出态；根据所述输出态确定所述量子系统的基态。

可选的，在本实施例中，第一计算机可以但不限于用于响应初始态更新指令，使用目标态信息得到下一个参考初始态，并通过量子控制模块使用下一个参考初始态执行变分量子线路，比如：第一计算机将直积态作为下一个参考初始态，并通过量子控制模块使用下一个参考初始态执行变分量子线路。

可选的，在本实施例中，第二计算机可以但不限于用于向第一计算机发送初始态更新指令，并接收第一计算机的输出态，根据输出态获取量子系统的基态。

在一个示例性实施例中，提供了一种量子计算机和经典计算机的交互过程的示例。一般认为，经典计算机只能在某些特定的条件下才能高效求解Ising模型和海森堡模型的基态，这是由经典计算机本身的架构所决定的，然而量子力学的基本原理使得量子计算机在处理这一类问题上天然的具有优势，相对于经典计算机具有加速效果，因此，图3是根据本申请实施例的一种量子计算机和经典计算机的交互过程的示意图，如图3所示，以第一计算机为量子计算机，第二计算机为经典计算机为例，可以但不限于通过更新参考初始态使其在作用变分量子线路后到达目标态，以目标态为基态为例，量子计算机和经典计算机可以但不限于通过以下方式更新量子系统的参考初始态：

量子计算机通过测量模块对参考量子态进行测量得到能量参数，经典计算机从量子计算机获取能量参数；

经典计算机向量子计算机发送测量指令，在量子计算机接收到测量指令的情况下，量子计算机通过测量模块对参考量子态进行测量得到目标态信息；

在量子计算机测量得到目标态信息的情况下，向经典计算机发送目标态信息；

在经典计算机得到目标态信息的情况下，经典计算机使用目标态信息生成初始态更新指令并将初始态更新指令发送至量子计算机；

在量子计算机接收到初始态更新指令的情况下，量子计算机使用目标态信息更新参考初始态得到下一个参考初始态，并通过量子控制模块使用下一个参考初始态执行变分量子线路；

直至经典计算机从量子计算机接收到输出态，根据输出态获取量子系统的基态。

通过结合在量子计算机上完成含参量子态的构建、能量参数的测量等步骤，根据测量结果在经典计算机上实现参数的更新等过程，通过这种经典计算机-量子计算机混合的方式完成目标的计算任务，将经典计算机可以高效处理的任务交给经典计算机，而需要利用量子计算机优势的部分交给量子计算机，尽可能的降低了量子计算机的开销，使其可以在NISQ设备上运行。

可选的，在本实施例中，为了更好的理解上述量子系统的基态获取过程，以下再结合可选实施例对上述量子系统的基态获取的过程进行说明，但不用于限定本申请实施例的技术方案。

在一个示例性实施例中，提供了一种量子系统的基态获取过程的示例。图4是根据本申请实施例的一种量子系统的基态获取过程的流程图，如图4所示，可以但不限于通过以下步骤获取量子系统的基态：

步骤S402：在执行变分量子线路的经典计算机上根据关心的目标磁性材料设计等问题，设计相应的哈密顿量H，该哈密顿量的基态描述了该量子系统的磁学性质；

步骤S404：选用对应的变分量子线路；

步骤S406：确定执行变分量子线路的首个初始态/>的形式，以及采用变分量子线路制备含参变分量子态/>时待优化的旋转角度/>；

需要说明的是，在优化的最初阶段，可以但不限于选择首个初始态，即Z基下所有计算基矢态的均匀线性叠加，而待优化的旋转角度/>可以但不限于由一些启发式的参数初始化方法确定；

在优化过程中，可以但不限于根据哈密顿量在对应参考量子态下的能量参数以及泡利算符的平均值更新参考初始态，可以但不限于根据梯度等信息更新旋转角度。

步骤S408：在量子计算机上制备首个初始态，并对首个初始态/>作用变分量子线路/>得到含参变分量子态/>；

步骤S410：以第t次迭代进行说明，在量子计算机上测量得到哈密顿量H在参考量子态下的能量参数；

需要说明的是，可以但不限于在NISQ时代的量子计算机上实现量子计算机中的步骤；

步骤S412：判断能量参数是否收敛；/>

步骤S414：在能量参数收敛的情况下，意味着此时的优化达到了局部极值点，返回此时的能量参数/>以及旋转角度/>；

或者，在能量参数不收敛的情况下，在量子计算机和经典计算机上继续执行以下步骤：

步骤S416：测量泡利X算符期望值{}，泡利Y算符期望值{/>}和泡利Z算符期望值{/>}；

量子计算机将得到的能量参数，泡利X算符期望值{/>}，泡利Y算符期望值{/>}和泡利Z算符期望值{/>}以及含参变分量子态的旋转角度/>等信息返回给经典计算机，由经典计算机执行接下来的操作；

步骤S418：比较能量参数与α倍的历史能量参数，其中α＜1；

步骤S420：在能量参数小于或者等于历史能量参数的目标倍数的情况下，使用此时的泡利X算符期望值{}的平均期望值，泡利Y算符期望值{/>}的平均期望值和泡利Z算符期望值{/>}的平均期望值更新参考初始态；

或者，在能量参数小于历史能量参数的目标倍数的情况下，使用原来的参考初始态；

步骤S422：在经典计算机上计算待优化的旋转角度的下次取值，并返回步骤S408。

在一个示例性实施例中，提供了一种参考初始态的更新过程的示例。图5是根据本申请实施例的一种参考初始态的更新过程的流程图，如图5所示，根据上述方案中的步骤S416可知，可以但不限于根据泡利X算符期望值{}，泡利Y算符期望值{/>}和泡利Z算符期望值{/>}更新参考初始态，以哈密顿量/>，量子系统包括X方向横场和Z方向纵场为例，可以但不限于通过以下方式对上述方案进行优化：

根据在量子计算机上测量到的能量参数以及哈密顿量H的具体形式，不进行额外的测量操作，获取第j个量子比特和X方向横场之间的相互作用强度参数/>，以及第j个量子比特的泡利Z算符期望值，即可根据/>；/>；确定直积初始态的叠加系数参数/>，并根据叠加系数参数/>求得直积初始态，并将直积初始态作为下一次的参考初始态。

需要说明的是，在经典计算机和NISQ时代下的量子计算机上运行变分量子线路的过程中，当此时的哈密顿量的期望值在优化的过程中降低，则从此时的含参变分量子态中提取关键信息，将其编码至初始态中，从而继续执行变分量子线路直到优化达到收敛从而输出优化之后的能量值和对应的含参变分量子态，因为在初始态之中就具有了更多的目标态的信息，所以这种态初始化方法可以加速变分量子线路。

在经典计算机和量子计算机交互的过程中，应当快速无损的进行传递，在执行变分量子线路的过程中，可以但不限于配置错误校正环节，对运行过程中产生的错误进行一定程度的纠正，并且可以但不限于配置输出装置，对变分量子线路的结果进行输出。

在量子计算机上执行门操作来制备变分量子态的时候，应当具备一定的并行性，从而缩短量子态制备所需要的时间，执行变分量子线路的过程应当具备一定的抵抗局部极值的能力，并且量子线路其错误率不易过高。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述的方法。

在本实施例中还提供了一种量子系统的基态获取装置，量子计算系统包括处理器，量子控制模块和测量模块，其中，所述量子系统的哈密顿量用于描述目标磁性材料在多个方向磁场下的响应，所述量子系统的基态是由作用在初始态上的变分量子线路所构建的含参变分量子态表达的，所述装置应用于所述处理器，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图6是根据本申请实施例的量子系统的基态获取装置的结构框图，如图6所示，该装置包括：

第一测量模块62，用于在通过所述量子控制模块执行所述变分量子线路求解所述量子系统基态的过程中，通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，其中，所述参考量子态是在参考初始态上作用所述变分量子线路得到的，所述能量参数用于指示所述量子系统的哈密顿量在所述参考量子态下的期望；

第二测量模块64，用于在所述能量参数不满足收敛条件的情况下，通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标态信息是所述参考量子态所具有的能够表达所述量子系统的基态性质的信息；

更新模块66，用于根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，直至检测出所述能量参数满足所述收敛条件，得到所述量子控制模块输出的输出态；

获取模块68，用于根据所述输出态获取所述量子系统的基态。

通过上述装置，在通过量子控制模块执行变分量子线路求解量子系统基态的过程中，通过测量模块测量哈密顿量在参考量子态下的能量参数，在能量参数不满足收敛条件的情况下，通过测量模块测量参考量子态下的目标态信息，根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态，直至检测出能量参数满足收敛条件，得到量子控制模块输出的输出态，根据输出态获取量子系统的基态。由于目标态信息是参考量子态所具有的能够表达基态性质的信息，因此，在根据目标态信息更新量子控制模块所使用的参考初始态的过程中，参考初始态能够包括参考量子态所具有的能够表达基态性质的信息，使用更新后的参考初始态再执行变分量子线路求解量子系统基态的过程中，由于更新后的参考初始态包含了待获取的量子系统的基态的信息，因此能够加快获取量子系统的基态的过程，故可以解决量子计算系统获取基态的效率较低问题，达到提高量子计算系统获取基态的效率效果。

在一个示例性实施例中，所述第二测量模块，包括：

测量单元，用于通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值；

确定单元，用于根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态，其中，所述直积初始态中携带了所述目标态信息。

在一个示例性实施例中，所述测量单元，用于：通过所述测量模块测量所述参考量子态的泡利X算符期望值和泡利Z算符期望值，其中，所述泡利算符期望值包括所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值，所述多个方向包括X方向和Z方向，所述目标方向包括所述X方向和所述Z方向。

在一个示例性实施例中，所述测量单元，用于：根据所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值确定所述直积初始态的叠加系数参数；将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，其中，所述直积初始态是由所述叠加系数参数控制的态。

在一个示例性实施例中，所述测量单元，用于：通过以下公式确定所述直积初始态的叠加系数参数：/>；/>；其中，/>为第j个量子比特的所述泡利X算符期望值，/>为第j个量子比特的所述泡利Z算符期望值。

在一个示例性实施例中，所述测量单元，用于：通过所述测量模块测量所述参考量子态的泡利Z算符期望值，其中，所述泡利算符期望值包括所述泡利Z算符期望值，所述多个方向包括X方向和Z方向，所述目标方向包括所述Z方向。

在一个示例性实施例中，所述测量单元，用于：获取所述哈密顿量中量子比特与所述磁场在所述X方向的相互作用强度参数；根据所述泡利Z算符期望值和所述相互作用强度参数确定所述直积初始态的叠加系数参数；将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，其中，所述直积初始态是由所述叠加系数参数控制的态。

在一个示例性实施例中，所述测量单元，用于：通过以下公式确定所述直积初始态的叠加系数参数：/>；/>；其中，/>为所述相互作用强度参数，/>为第j个量子比特的所述泡利Z算符期望值。

在一个示例性实施例中，所述测量单元，用于：通过以下公式确定所述直积初始态：/>；其中，/>为所述叠加系数参数，j为所述量子系统中第j个量子比特，/>用于指示量子比特处于自旋向上的状态，/>用于指示量子比特处于自旋向下的状态，i为虚数单位。

在一个示例性实施例中，所述装置还包括：

检测模块，用于检测所述能量参数与历史能量参数之间的关系，其中，所述历史能量参数是在所述能量参数之前的所述量子系统执行所述变分量子线路的过程中测量到的；

第三测量模块，用于在所述能量参数小于或者等于所述历史能量参数的目标倍数的情况下，测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标倍数大于0且小于1；

不更新模块，用于在所述能量参数大于所述历史能量参数的目标倍数的情况下，不更新所述参考初始态。

在一个示例性实施例中，所述更新模块，包括以下之一：

第一处理单元，用于将所述目标态信息添加至所述参考初始态中，得到下一个所述参考初始态传输至所述量子控制模块；

第二处理单元，用于在所述参考量子态下的直积初始态携带了所述目标态信息的情况下，将所述直积初始态确定为下一个所述参考初始态传输至所述量子控制模块。

在一个示例性实施例中，所述第一测量模块，包括：

获取单元，用于获取所述测量模块在所述量子控制模块执行完成所述变分量子线路后测量到的所述哈密顿量在所述参考量子态下的能量期望值，其中，所述能量参数包括所述哈密顿量在所述参考量子态下的能量期望值，所述能量期望值用于指示所述哈密顿量在所述参考量子态下的测量期望值。

在一个示例性实施例中，所述装置还包括：

处理模块，用于构建所述哈密顿量，并构造所述变分量子线路；

确定模块，用于确定执行所述变分量子线路的首个初始态，其中，所述量子控制模块用于从所述首个初始态出发执行所述变分量子线路构造含参变分量子态开始求解所述量子系统基态。

在一个示例性实施例中，所述处理模块，包括：所述哈密顿量H的形式为：；其中，j为所述量子系统中的第j个量子比特，k为所述量子系统中的第k个量子比特，/>为量子比特j的泡利Z算符，/>为量子比特k的泡利Z算符，/>用于指示两体泡利/>算符之间的相互作用强度，/>为量子比特j的泡利X算符，/>用于指示量子比特j与所述磁场在X方向的相互作用强度，/>用于指示量子比特j与所述磁场在Z方向的相互作用强度。

在一个示例性实施例中，所述处理模块，包括：所述变分量子线路的形式为：；其中，L为所述变分量子线路的层数，/>用于指示所述变分量子线路中的第/>层线路，/>为待优化的旋转角度，i为虚数单位，。

在一个示例性实施例中，所述处理模块，包括：所述首个初始态的形式为：；其中，/>表示Z基下所有计算基矢态的均匀线性叠加。

在一个示例性实施例中，所述处理模块，包括：所述含参变分量子态的形式为：/>；其中，/>为所述含参变分量子态的初始态。/>

在一个示例性实施例中，所述装置还包括：所述量子计算系统包括第一计算机和第二计算机，第一计算机是部署了所述量子控制模块和所述测量模块的量子计算机，所述第二计算机是部署了所述处理器的经典计算机；所述通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，包括：通过所述第二计算机获取所述第一计算机发送的所述能量参数，其中，所述能量参数是所述第一计算机通过所述测量模块对所述参考量子态进行测量得到的；所述通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，包括：通过所述第二计算机向所述第一计算机发送测量指令，其中，所述测量指令用于指示所述第一计算机测量所述目标态信息；接收所述第一计算机响应所述测量指令返回的所述目标态信息，其中，所述目标态信息是所述第一计算机通过所述测量模块对所述参考量子态进行测量得到的。

在一个示例性实施例中，所述装置还包括：所述根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，包括：通过所述第二计算机使用所述目标态信息生成初始态更新指令，其中，所述初始态更新指令用于指示使用所述目标态信息更新所述参考初始态；通过所述第二计算机将所述初始态更新指令发送至所述第一计算机，其中，所述第一计算机用于响应所述初始态更新指令，使用所述目标态信息得到下一个参考初始态，并通过所述量子控制模块使用下一个参考初始态执行所述变分量子线路；所述根据所述输出态获取所述量子系统的基态，包括：通过所述第二计算机从所述第一计算机接收所述输出态；根据所述输出态确定所述量子系统的基态。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

本申请的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。

在一个示例性实施例中，上述计算机可读存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器（Read-Only Memory，简称为ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，简称为RAM）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本申请的实施例还提供了一种电子设备，图7是根据本申请实施例的一种电子设备的结构框图，如图7所示，上述电子设备包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

在一个示例性实施例中，上述电子设备还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及示例性实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种量子系统的基态获取方法，其特征在于，

量子计算系统包括处理器，量子控制模块和测量模块，其中，所述量子系统的哈密顿量用于描述目标磁性材料在多个方向磁场下的响应，所述量子系统的基态是由作用在初始态上的变分量子线路所构建的含参变分量子态表达的，所述方法应用于所述处理器，所述方法包括：

在通过所述量子控制模块执行所述变分量子线路求解所述量子系统基态的过程中，通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，其中，所述参考量子态是在参考初始态上作用所述变分量子线路得到的，所述能量参数用于指示所述量子系统的哈密顿量在所述参考量子态下的期望；

在所述能量参数不满足收敛条件的情况下，通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标态信息是所述参考量子态所具有的能够表达所述量子系统的基态性质的信息；

根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，直至检测出所述能量参数满足所述收敛条件，得到所述量子控制模块输出的输出态；

根据所述输出态获取所述量子系统的基态；

其中，所述哈密顿量H的形式为：；其中，j为所述量子系统中的第j个量子比特，k为所述量子系统中的第k个量子比特，/>为量子比特j的泡利Z算符，/>为量子比特k的泡利Z算符，/>用于指示两体泡利/>算符之间的相互作用强度，/>为量子比特j的泡利X算符，/>用于指示量子比特j与所述磁场在X方向的相互作用强度，/>用于指示量子比特j与所述磁场在Z方向的相互作用强度；

所述变分量子线路的形式为：/>；其中，L为所述变分量子线路的层数，/>用于指示所述变分量子线路中的第/>层线路，为待优化的旋转角度，i为虚数单位，/>，；

所述含参变分量子态的形式为：/>；其中，/>为所述含参变分量子态的初始态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，包括：

通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值；

根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态，其中，所述直积初始态中携带了所述目标态信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值，包括：

通过所述测量模块测量所述参考量子态的泡利X算符期望值和泡利Z算符期望值，其中，所述泡利算符期望值包括所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值，所述多个方向包括X方向和Z方向，所述目标方向包括所述X方向和所述Z方向。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态，包括：

根据所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值确定所述直积初始态的叠加系数参数；

将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，其中，所述直积初始态是由所述叠加系数参数控制的态。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

所述根据所述泡利X算符期望值和所述泡利Z算符期望值确定所述直积初始态的叠加系数参数，包括：

通过以下公式确定所述直积初始态的叠加系数参数：

；

；

其中，为第j个量子比特的所述泡利X算符期望值，/>为第j个量子比特的所述泡利Z算符期望值。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述通过所述测量模块测量所述多个方向中目标方向下的泡利算符期望值，包括：

通过所述测量模块测量所述参考量子态的泡利Z算符期望值，其中，所述泡利算符期望值包括所述泡利Z算符期望值，所述多个方向包括X方向和Z方向，所述目标方向包括所述Z方向。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述根据所述泡利算符期望值确定所述参考量子态的直积初始态：

获取所述哈密顿量中量子比特与所述磁场在所述X方向的相互作用强度参数；

根据所述泡利Z算符期望值和所述相互作用强度参数确定所述直积初始态的叠加系数参数；

将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，其中，所述直积初始态是由所述叠加系数参数控制的态。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述根据所述泡利Z算符期望值和所述相互作用强度参数确定所述直积初始态的叠加系数参数，包括：

通过以下公式确定所述直积初始态的叠加系数参数：

；

；

其中，为所述相互作用强度参数，/>为第j个量子比特的所述泡利Z算符期望值。

9.根据权利要求4或7所述的方法，其特征在于，

所述将所述叠加系数参数转换为所述直积初始态，包括：

通过以下公式确定所述直积初始态：

；

其中，为所述叠加系数参数，j为所述量子系统中第j个量子比特，/>用于指示量子比特处于自旋向上的状态，/>用于指示量子比特处于自旋向下的状态，i为虚数单位。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息之前，所述方法还包括：

检测所述能量参数与历史能量参数之间的关系，其中，所述历史能量参数是在所述能量参数之前的所述量子系统执行所述变分量子线路的过程中测量到的；

在所述能量参数小于或者等于所述历史能量参数的目标倍数的情况下，测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标倍数大于0且小于1；

在所述能量参数大于所述历史能量参数的目标倍数的情况下，不更新所述参考初始态。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，包括以下之一：

将所述目标态信息添加至所述参考初始态中，得到下一个所述参考初始态传输至所述量子控制模块；

在所述参考量子态下的直积初始态携带了所述目标态信息的情况下，将所述直积初始态确定为下一个所述参考初始态传输至所述量子控制模块。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，包括：

获取所述测量模块在所述量子控制模块执行完成所述变分量子线路后测量到的所述哈密顿量在所述参考量子态下的能量期望值，其中，所述能量参数包括所述哈密顿量在所述参考量子态下的能量期望值，所述能量期望值用于指示所述哈密顿量在所述参考量子态下的测量期望值。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数之前，所述方法还包括：

构建所述哈密顿量，并构造所述变分量子线路；

确定执行所述变分量子线路的首个初始态，其中，所述量子控制模块用于从所述首个初始态出发执行所述变分量子线路构造含参变分量子态开始求解所述量子系统基态。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，

所述首个初始态的形式为：

；

其中，表示Z基下所有计算基矢态的均匀线性叠加。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述量子计算系统包括第一计算机和第二计算机，第一计算机是部署了所述量子控制模块和所述测量模块的量子计算机，所述第二计算机是部署了所述处理器的经典计算机；

所述通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，包括：通过所述第二计算机获取所述第一计算机发送的所述能量参数，其中，所述能量参数是所述第一计算机通过所述测量模块对所述参考量子态进行测量得到的；

所述通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，包括：通过所述第二计算机向所述第一计算机发送测量指令，其中，所述测量指令用于指示所述第一计算机测量所述目标态信息；接收所述第一计算机响应所述测量指令返回的所述目标态信息，其中，所述目标态信息是所述第一计算机通过所述测量模块对所述参考量子态进行测量得到的。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，

所述根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，包括：通过所述第二计算机使用所述目标态信息生成初始态更新指令，其中，所述初始态更新指令用于指示使用所述目标态信息更新所述参考初始态；通过所述第二计算机将所述初始态更新指令发送至所述第一计算机，其中，所述第一计算机用于响应所述初始态更新指令，使用所述目标态信息得到下一个参考初始态，并通过所述量子控制模块使用下一个参考初始态执行所述变分量子线路；

所述根据所述输出态获取所述量子系统的基态，包括：通过所述第二计算机从所述第一计算机接收所述输出态；根据所述输出态确定所述量子系统的基态。

17.一种量子系统的基态获取装置，其特征在于，

量子计算系统包括处理器，量子控制模块和测量模块，其中，所述量子系统的哈密顿量用于描述目标磁性材料在多个方向磁场下的响应，所述量子系统的基态是由作用在初始态上的变分量子线路所构建的含参变分量子态表达的，所述装置应用于所述处理器，所述装置包括：

第一测量模块，用于在通过所述量子控制模块执行所述变分量子线路求解所述量子系统基态的过程中，通过所述测量模块测量所述哈密顿量在参考量子态下的能量参数，其中，所述参考量子态是在参考初始态上作用所述变分量子线路得到的，所述能量参数用于指示所述量子系统的哈密顿量在所述参考量子态下的期望；

第二测量模块，用于在所述能量参数不满足收敛条件的情况下，通过所述测量模块测量所述量子系统在所述参考量子态下的目标态信息，其中，所述目标态信息是所述参考量子态所具有的能够表达所述量子系统的基态性质的信息；

更新模块，用于根据所述目标态信息更新所述量子控制模块所使用的所述参考初始态，直至检测出所述能量参数满足所述收敛条件，得到所述量子控制模块输出的输出态；

获取模块，用于根据所述输出态获取所述量子系统的基态；

其中，所述哈密顿量H的形式为：；其中，j为所述量子系统中的第j个量子比特，k为所述量子系统中的第k个量子比特，/>为量子比特j的泡利Z算符，/>为量子比特k的泡利Z算符，/>用于指示两体泡利/>算符之间的相互作用强度，/>为量子比特j的泡利X算符，/>用于指示量子比特j与所述磁场在X方向的相互作用强度，/>用于指示量子比特j与所述磁场在Z方向的相互作用强度；

所述变分量子线路的形式为：/>；其中，L为所述变分量子线路的层数，/>用于指示所述变分量子线路中的第/>层线路，为待优化的旋转角度，i为虚数单位，/>，；

所述含参变分量子态的形式为：/>；其中，/>为所述含参变分量子态的初始态。

18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，

所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至16任一项中所述的方法的步骤。

19.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并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计算机程序时实现权利要求1至16任一项中所述的方法的步骤。