CN113255922A - 量子纠缠量化方法和装置、电子设备、计算机可读介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种量子纠缠量化方法和装置，涉及量子神经网络等人工智能技术领域。具体实现方案为：获取参数化量子电路以及与参数化量子电路对应的损失函数电路，参数化量子电路包括可调参数；将参数化量子电路作用在两方量子态上，得到中间量子态；将损失函数电路作用在中间量子态上，得到损失函数，损失函数对应于损失函数电路的输出量子态与初始态的相似度，初始态的任意两个量子比特之间无纠缠；调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值；基于损失值，确定两方量子态的对数负性。该实施方式减少了量子纠缠量化过程中资源消耗。

Description

量子纠缠量化方法和装置、电子设备、计算机可读介质

技术领域

本公开涉及量子计算技术领域，具体涉及量子神经网络等人工智能技术领域，尤其涉及一种量子纠缠量化方法和装置、电子设备、计算机可读介质以及计算机程序产品。

背景技术

量子纠缠(quantum entanglement)是量子力学中特有的现象。当几个粒子在彼此之间相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，此时无法单独描述各自的性质，只能描述整体***的性质，这种现象就被称为量子纠缠。

如何量化量子***的纠缠程度，在量子领域中是一个极其重要的问题。目前，对数负性(Logarithmic negativity)是用于衡量纠缠程度的一种较为常用方法，而由对数负性的计算公式可知，采用量子设备实现对数负性的计算是一个较大的难题。

发明内容

提供了一种量子纠缠量化方法和装置、电子设备、计算机可读介质以及计算机程序产品。

根据第一方面，提供了一种量子纠缠量化方法，该方法包括：获取参数化量子电路以及与参数化量子电路对应的损失函数电路，参数化量子电路包括可调参数；将参数化量子电路作用在待测的两方量子态上，得到中间量子态；将损失函数电路作用在中间量子态上，得到损失函数，损失函数对应于损失函数电路的输出量子态与初始态的相似度，初始态的任意两个量子比特之间无纠缠；调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值；基于损失值，确定两方量子态的对数负性。

根据第二方面，提供了一种量子纠缠量化装置，该装置包括：获取单元，被配置成获取参数化量子电路以及与参数化量子电路对应的损失函数电路，参数化量子电路包括可调参数；中间作用单元，被配置成将参数化量子电路作用在待测的两方量子态上，得到中间量子态；损失作用单元，被配置成将损失函数电路作用在中间量子态上，得到损失函数，损失函数对应于损失函数电路的输出量子态与初始态的相似度，初始态的任意两个量子比特之间无纠缠；调整单元，被配置成调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值；确定单元，被配置成基于损失值，确定两方量子态的对数负性。

根据第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括：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，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如第一方面任一实现方式描述的方法。

根据第四方面，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，计算机指令用于使计算机执行如第一方面任一实现方式描述的方法。

根据第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现如第一方面任一实现方式描述的方法。

本公开的实施例提供的量子纠缠量化方法和装置，首先，获取参数化量子电路以及与量子电路对应的损失函数电路；其次，将参数化量子电路作用在待测的两方量子态上，得到中间量子态；再次，将损失函数电路作用在中间量子态上，得到损失函数；从次，调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值；最后，基于损失值，确定两方量子态的对数负性，本公开的实施例适用于不同量子计算平台，具有较高的实用性；可以对任意给定态的两方量子态均可以计算对数负性，提高了量子纠缠量化的通用性；通过调整可调参数在每轮量子态优化过程仅采用一次测量，相较于传统的量子层析等量子纠缠量计量方式，减少了量子纠缠量化过程中资源消耗。

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是根据本公开量子纠缠量化方法的一个实施例的流程图；

图2是本公开实施例中参数化量子电路和损失函数电路的结构示意图；

图3是本公开实施例中损失函数电路的另一种结构示意图；

图4是本公开实施例中损失函数电路的第三种结构示意图；

图5是根据本公开量子纠缠量化装置的实施例的结构示意图；

图6是用来实现本公开实施例的量子纠缠量化方法的电子设备的框图。

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。

为了更好地理解本公开实施例所提供的方法，以下对本公开实施例所涉及的相关概念进行解释说明。

量子态，是通过多个量子数描述的微观粒子的运动状态。

经典计算机或传统计算机，以经典物理学为信息处理的理论基础的计算机。经典计算机采用经典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；二是信息墒与发热能耗；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。

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，运行的量子算法时，该设备就是量子计算机。量子计算机遵循着独无二的量子动力学规律实现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。量子相关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。

量子纠缠，作为一种资源，是实现量子安全通信、量子计算、量子网络等各种量子信息技术的关键资源，例如实现量子密钥分配(Quantum key distribution)，量子超密编码(Quantum superdense coding)，量子隐形传态(Quantum Teleportation)等量子信息方案的关键，资源的质量直接决定了量子信息方案效果的优劣，所以如何定量分析量子***的纠缠资源对近期量子技术的应用及发展非常重要。

对数负性，一种用于衡量两方量子态(例如记为A、B两方，A方或B方均具有N个量子比特)的纠缠程度的方法，具体地，设复合量子***AB处于两方量子态ρ_AB，令A***的量子比特数不多于B***的量子比特数，则复合***AB的对数负性的数学定义为：

其中上标Γ_A表示对A***的部分转置(Partial transpose)，‖·‖₁表示迹范数(trace norm)，对数为以2为底的对数。由于部分转置是一个数学上的定义，所以无法直接根据定义来使用量子设备进行对数负性的计算。对于可读取的待测的两方量子态ρ_AB，而采用本公开实施例提供的量子纠缠量化方法，可以估计其对数负性，进而对量子纠缠资源进行量化估计。

量子态层析(Quantum state tomography)，是一种传统的计算对数负性的方法，该方法首先得到整个量子***的矩阵形式，再通过后处理的手段计算部分转置，以及对数。由于部分转置这个操作只存在于数学层面，在物理层面没有相应的量子操作，所以把部分转置这个操作拆分成可以在量子设备上执行的泡利门，再通过后处理的方式可以得到

随后计算对数即可获得对数负性。这种方式虽然简单且直观，但是需要消耗大量的量子态。

图1示出了根据本公开量子纠缠量化方法的一个实施例的流程100，上述量子纠缠量化方法包括以下步骤：

步骤101，获取参数化量子电路以及与参数化量子电路对应的损失函数电路，参数化量子电路包括可调参数。

本实施例中，量子纠缠量化方法的应用场景可以是N(N>2)量子比特的两方量子态的纠缠资源量化。可选地，量子纠缠量化方法可以是应用于如近期量子设备等电子设备中，如量子计算机等。为了更好地描述本公开实施例所提供的方案，在以下的描述中，将以量子纠缠量化方法应用于电子设备来进行具体说明。

本实施例中，电子设备获取参数化量子电路，参数化量子电路为具有可调参数的参数化量子电路，比如，参数化量子电路包括若干个单量子比特旋转门和受控反闸门，其中的若干个单量子比特旋转门的参数组成一个向量，该向量即为参数化量子电路的可调参数。在一些实施场景中，参数化量子电路也可以称之为量子神经网络。

本实施例中，损失函数电路是用于实现损失函数的电路，基于损失函数的要求，损失函数电路是通过多次试验之后得到的电路，该电路可以使作用于损失函数电路上的所有量子态，得到的量子态均可以最大化的接近初始态。初始态的任意两个量子比特之间无纠缠，通过调整参数化量子电路的可调参数，可以使作用于损失函数电路上的所有量子态，在损失函数电路输出的输出量子态均最大化接近初始态，即输出量子态与初始态的相似度最大。

本实施例中，损失函数电路的作用是将中间量子态的由最大纠缠态转换为|0>态，从而发掘出蕴含在中间量子态中的纠缠资源。

本实施例中，参数化量子电路与损失函数电路相对应，例如输入10量子比特的两方量子态，则损失函数单路输出为10量子比特的输出量子态，每个输出量子态的量子比特对应一个两方量子态的量子比特。

步骤102，将参数化量子电路作用在待测的两方量子态上，得到中间量子态。

本实施例中，待测的两方量子态可以是由两方量子态形成的矩阵，其中每一方可以具有M(M>1)个量子比特。例如对于待测的两方量子态ρ_AB，可以包括第一量子态ρ_A和第二量子态ρ_B，其中，A是n维的量子***，B是m维的量子***，m≤n，m和n均为正整数。

本实施例中，电子设备得到参数化量子电路之后，将待测的两方量子态作用在参数化量子电路上，可以得到中间量子态，中间量子态相对于两方量子态是一种全新的量子态。

步骤103，将损失函数电路作用在中间量子态上，得到损失函数。

其中，损失函数对应于损失函数电路的输出量子态与初始态的相似度，初始态的任意两个量子比特之间无纠缠。

本实施例中，电子设备得到损失函数电路和中间量子态之后，将中间量子态作用在损失函数电路上，可以得到损失函数电路输出的输出量子态，该输出量子态相对于中间量子态是一种全新的量子态。

本实施例中，损失函数是一种表征输出量子态与初始态之间的相似程度的函数，当输出量子态与初始态之间的相似度最高时，得到最大化损失函数，由于初始态的任意两个量子比特之间无纠缠，而得到的最大化损失函数也是将中间量子态由最大纠缠态转换为无纠缠状态的衡量方法，通过调整可调参数最大化损失函数过程，也是发现两方量子态之间的纠缠程度的过程。

步骤104，调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值。

本实施例中，损失函数基于中间量子态和损失函数电路获得，而中间量子态为参数化量子电路作用于待测的两方量子态上而得到，参数化量子电路包括可调参数，若调整待测调整参数化量子电路的可调参数，则基于参数化量子电路作用在待测的两方量子态上的得到中间量子态也会相应调整，进而损失函数得到的取值也会相应调整，

本实施例中，通过调整可调参数，可以最大化损失函数，也即最大化损失函数是经过多次调整参数量子化电路的可调参数，得到的一种输出量子态接近初始态的最大化的损失值。

可选地，上述调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值包括：调整可调参数，并对损失函数进行迭代处理，以最大化损失函数，并获得最大化后的损失函数的损失值。

在本实施例的一些可选实现方式中，参数化量子电路为量子神经网络，上述调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值，包括：采用梯度下降法调整可调参数，并对损失函数进行迭代处理，以最大化损失函数；将最大化后的损失函数的取值，作为损失函数最大化的损失值。

本可选实现方式中，通过采用梯度下降法调整可调参数，可以在逐步使损失函数达到最大化的损失值，在运算上更为简单，保证了调节可调参数的可靠性，并且能够有效降低量子纠缠量化的工作量。

可选地，还可以采用梯度下降法之外其他最优化方法来调整可调参数，并对损失函数进行迭代处理，也就是重复上述步骤101至步骤103中的流程，以最大化损失函数，得到损失函数最大化的损失值。

步骤105，基于损失值，确定两方量子态的对数负性。

本实施例中，对数负性是量子纠缠资源的可靠计量方式，通过损失函数的最大化的损失值，可以得到两方量子态的对数负性。

具体地，通过设置函数电路，损失函数可以采用如下公式表示：

在式(1)中，0_AB是一种初始态的表示形式，0_AB表示初始态的所有量子比特的量子态均为|0>，Tr()表示矩阵的迹函数，

表示损失函数电路的输出量子态。

当得到损失函数的最大化的损失值L_max之后，就可以估计两方量子态的对数负数如下式：

其中式(2)中，d＝2ⁿ,n是A***的量子比特数。

在本实施例的一些可选实现方式中，上述基于损失值，确定目标量子态的对数负性，包括：基于损失值，计算得到两方量子态的所有施密特系数之和；基于所有施密特系数之和，计算得到两方量子态的对数负性。

本可选实现方式中，通过设置的损失函数电路，可以确定最大化的损失值与两方量子态的施密特系数具有物理上的关系，对数负性E_N(ρ)满足如下公式：

E_N(ρ)＝2log₂∑c_j (2)

在式(2)中，∑c_j代表两方量子态ρ_AB的所有施密特系数(Schmidt coefficients)之和。

损失函数的最大化的损失值为

基于量子神经网络估计量子态ρ_AB的所有施密特系数之和，再根据式(2)可以求得量子态的对数负性。

本可选实现方式中，通过设置的损失函数确定了最大化的损失值与施密特系数之和，可以快捷、方便地得到两方量子态的对数负性，为量化量子态之间的纠缠资源提供了可靠的计算途径。

本公开的实施例提供的量子纠缠量化方法，首先，获取参数化量子电路以及与量子电路对应的损失函数电路；其次，将参数化量子电路作用在待测的两方量子态上，得到中间量子态；再次，将损失函数电路作用在中间量子态上，得到损失函数；从次，调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值；最后，基于损失值，确定两方量子态的对数负性，本公开的实施例适用于不同量子计算平台，具有较高的实用性；可以对任意给定态的两方量子态均可以计算对数负性，提高了量子纠缠量化的通用性；通过调整可调参数在每轮量子态优化过程仅采用一次测量，相较于传统的量子层析等量子纠缠量计量方式，减少了量子纠缠量化过程中资源消耗。

在本实施例的一些可选实现方式中，两方量子态包括至少两个量子比特，两个量子比特包括：第一量子比特和第二量子比特，参数化量子电路包括至少两个参数子电路，参数子电路包括：第一参数子电路和第二参数子电路，第一参数子电路对应第一量子比特，第二参数子电路对应第二量子比特。

具体地，结合图2所示的参数化量子电路和损失函数电路，详细介绍本实施例的量子纠缠量化方法的执行步骤：

1、准备两个参数可调节的参数化量子电路，如图2中的第一参数子电路

和第二参数子电路

并初始化第一参数子电路

的可调参数

初始化第二参数子电路

的可调参数

2、将参数化量子电路作用在待测的两方量子态ρ_AB上，得到参数化量子电路输出的中间量子态

3、作用损失函数电路W在中间量子态

上，得到损失函数

4、通过梯度下降法或者其他最优化方法调整参数化量子电路中的可调参数

重复步骤2-3以最大化损失函数L。

5、损失函数的最大化后的损失值为L_max，从而计算出对数负性为

本可选实现方式中，两方量子态包括第一量子比特和第二量子比特，第一参数子电路作用在第一量子比特上，第二参数子电路作用在第二量子比特上，通过损失函数电路将中间量子态共同作用，得到对两方量子态的损失函数，进一步调整第一参数子电路和第二参数子电路中的可调参数，得到损失函数最大化的损失值。

本可选实现方式中，通过设置两个第一参数子电路和第二参数子电路，保证了两方量子态中各方的量子态均可调，保证了得到的对数负性的可靠性。

本实施例中，经典计算机中的经典比特只能处于0和1两种状态中的某一种(物理图景上可以对应晶体管的高低电位)。与之不同的是，量子设备中的量子比特不仅可以处于两个状态|0>还有|1>还可以处于两者的叠加态。

为了保证初始态的任意两个量子比特之间无纠缠，在本实施例的一些可选实现方式中，可以将初始态中各个量子比特设置为|0>态。在本可选实现方式中，损失函数电路可以包括：受控反闸门和哈达玛门。

以两方量子态为两个量子比特***为例，具体如图3所示，A，B***分别有一个量子比特，即n＝m＝1。随机生成AB复合***上的一个两方量子态ρ_AB，第一参数子电路

和第二参数子电路

分别接入损失函数电路的受控反闸门的两端，在损失函数电路中还包括哈达玛门(如图3中的H)和测量，通过图3中的损失函数电路，可以得到损失函数为：

例如，

通过本实施例的方法可以得到最大化的损失函数L_max≈0.84228，采用式(2)可以直接计算出对数负性，该对数负数计算过程：

本可选实现方式中，将初始态的各个量子比特设置为|0>态，在损失函数电路包括受控反闸门和哈达玛门时，便可以简单、方便地实现对损失函数的设置，简化了量子纠缠量化的计量步骤。

为了保证初始态的任意两个量子比特之间无纠缠，在本实施例的一些可选实现方式中，可以将初始态中各个量子比特设置为|1>态。在本可选实现方式中，损失函数电路可以包括：受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门。

以两方量子态为两个量子比特***为例，具体如图4所示，A，B***分别有一个量子比特，即n＝m＝1。随机生成AB复合***上的一个两方量子态ρ_AB，第一参数子电路

和第二参数子电路

分别接入损失函数电路的受控反闸门的两端，在损失函数电路中还包括哈达玛门(如图4中的H)、泡利X门和测量，通过图4中的损失函数电路，可以得到损失函数为：

该损失函数中，1_AB是一种初始态的表示形式，1_AB表示初始态的所有量子比特的量子态均为|1>，Tr()表示矩阵的迹函数，

表示损失函数电路的输出量子态。

本可选实现方式中，将初始态的各个量子比特设置为|1>态，在损失函数电路包括受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门时，便可以简单、方便地实现对损失函数的设置，为计量对数负性提供了一种优化的实施方式。

为了保证初始态的任意两个量子比特之间无纠缠，在本实施例的一些可选实现方式中，可以将初始态中的量子比特的量子态设置为|0>态和|1>态，即初始态的量子比特的量子态包括|0>和|1>，在本可选实现方式中，损失函数电路可以包括：受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门。

本可选实现方式中，初始态是一种量子比特之间无纠缠的量子态，当初始态的量子比特的量子态包括|0>和|1>，|0>态和|1>态之间无顺序要求，例如，初始态为两个量子比特***，则初始态的两个量子比特可以是|0>、|1>，或者|1>、|0>；再如，初始态为五个量子比特***，则初始态的五个量子比特可以是|1>、|0>、|1>、|0>、|0>、|1>。针对量子比特的量子态包括|0>和|1>时，在损失函数电路中，对应|1>态的量子比特的损失函数支路可以放置泡利X门，以达到初始态的所有量子比特的量子态均为|0>。

需要说明的是，受控反闸门、哈达玛门、泡利X门均是量子设备中具有各自不同的功能的单位门，此处不再赘述。

本可选实现方式中，将初始态的量子比特设置为|1>态和|0>态，在损失函数电路包括受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门时，便可以简单、方便地实现对损失函数的设置，为计量对数负性提供了一种优化的实施方式。

进一步参考图5，作为对上述各图所示方法的实现，本公开提供了量子纠缠量化装置的一个实施例，该装置实施例与图1所示的方法实施例相对应，该装置具体可应用于各种电子设备中。

如图5所示，本实施例提供的量子纠缠量化装置500包括：获取单元501，中间作用单元502，损失作用单元503，调整单元504，确定单元505。其中，上述获取单元501，可以被配置成获取参数化量子电路以及与参数化量子电路对应的损失函数电路，参数化量子电路包括可调参数。上述中间作用单元502，可以被配置成将参数化量子电路作用在待测的两方量子态上，得到中间量子态。上述损失作用单元503，可以被配置成将损失函数电路作用在中间量子态上，得到损失函数，损失函数对应于损失函数电路的输出量子态与初始态的相似度，初始态的任意两个量子比特之间无纠缠。上述调整单元504，可以被配置成调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值。上述确定单元505，可以被配置成基于损失值，确定两方量子态的对数负性。

在本实施例中，量子纠缠量化装置500中：获取单元501，中间作用单元502，损失作用单元503，调整单元504，确定单元505的具体处理及其所带来的技术效果可分别参考图1对应实施例中的步骤101、步骤102、步骤103、步骤104、步骤105的相关说明，在此不再赘述。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述初始态的各个量子比特的量子态均为|0>，损失函数电路包括：受控反闸门和哈达玛门。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述初始态的各个量子比特的量子态均为|1>，损失函数电路包括：受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门。

在本实施例的一些可选的实现方式中，上述初始态的量子比特的量子态包括|0>和|1>，损失函数电路包括：受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门。

在本实施例的一些可选实现方式中，上述两方量子态包括至少两个量子比特，两个量子比特包括：第一量子比特和第二量子比特，参数化量子电路包括至少两个参数子电路，参数子电路包括：第一参数子电路和第二参数子电路，第一参数子电路对应第一量子比特，第二参数子电路对应第二量子比特。

在本实施例的一些可选的实现方式中，调整单元504包括：调整模块(图中未示出)、取值模块(图中未示出)。其中，上述调整模块，可以被配置成采用梯度下降法调整可调参数，并对损失函数进行迭代处理，以最大化损失函数。上述取值模块，可以被配置成将最大化后的损失函数的取值，作为损失函数最大化的损失值。

在本实施例的一些可选实现方式中，上述确定单元包括：系数计算模块(图中未示出)、纠缠计算模块(图中未示出)。其中，上述系数计算模块，可以被配置成基于损失值，计算得到两方量子态的所有施密特系数之和。上述纠缠计算模块，可以被配置成基于所有施密特系数之和，计算得到两方量子态的对数负性。

本公开的实施例提供的量子纠缠量化装置，首先，获取单元501获取参数化量子电路以及与量子电路对应的损失函数电路；其次，中间作用单元502将参数化量子电路作用在待测的两方量子态上，得到中间量子态；再次，损失作用单元503将损失函数电路作用在中间量子态上，得到损失函数；从次，调整单元504调整可调参数，得到损失函数最大化的损失值；最后，确定单元505基于损失值，确定两方量子态的对数负性，本公开的实施例适用于不同量子计算平台，具有较高的实用性；可以对任意给定态的两方量子态均可以计算对数负性，提高了量子纠缠量化的通用性；通过调整可调参数在每轮量子态优化过程仅采用一次测量，相较于传统的量子层析等量子纠缠量计量方式，减少了量子纠缠量化过程中资源消耗。

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6示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备600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6所示，设备600包括计算单元601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的计算机程序或者从存储单元608加载到随机访问存储器(RAM)603中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM603中，还可存储设备600操作所需的各种程序和数据。计算单元601、ROM 602以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。

设备600中的多个部件连接至I/O接口605，包括：输入单元606，例如键盘、鼠标等；输出单元607，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元608，例如磁盘、光盘等；以及通信单元609，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元609允许设备600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601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601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601执行上文所描述的各个方法和处理，例如量子纠缠量化方法。例如，在一些实施例中，量子纠缠量化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608。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 602和/或通信单元609而被载入和/或安装到设备600上。当计算机程序加载到RAM 603并由计算单元601执行时，可以执行上文描述的量子纠缠量化方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元601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纠缠量化方法。

本文中以上描述的***和技术的各种实施方式可以在数字电子电路***、集成电路***、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***的***(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***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***、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***、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量子纠缠量化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***、装置或设备使用或与指令执行***、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***、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***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***和技术实施在包括后台部件的计算***(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算***(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算***(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***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***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***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***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。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

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 (16)

1.一种量子纠缠量化方法，所述方法包括：

获取参数化量子电路以及与所述参数化量子电路对应的损失函数电路，所述参数化量子电路包括可调参数；

将所述参数化量子电路作用在待测的两方量子态上，得到中间量子态；

将所述损失函数电路作用在所述中间量子态上，得到损失函数，所述损失函数对应于所述损失函数电路的输出量子态与初始态的相似度，所述初始态的任意两个量子比特之间无纠缠；

调整所述可调参数，得到所述损失函数最大化的损失值；

基于所述损失值，确定所述两方量子态的对数负性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初始态的各个量子比特的量子态均为|0>，所述损失函数电路包括：受控反闸门和哈达玛门。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初始态的各个量子比特的量子态均为|1>，所述损失函数电路包括：受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述初始态的量子比特的量子态包括|0>和|1>，所述损失函数电路包括：受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两方量子态包括至少两个量子比特，所述两个量子比特包括：第一量子比特和第二量子比特，所述参数化量子电路包括至少两个参数子电路，所述参数子电路包括：第一参数子电路和第二参数子电路，所述第一参数子电路对应所述第一量子比特，所述第二参数子电路对应第二量子比特。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述调整所述可调参数，得到所述损失函数最大化的损失值，包括：

采用梯度下降法调整所述可调参数，并对所述损失函数进行迭代处理，以最大化所述损失函数；

将最大化后的所述损失函数的取值，作为所述损失函数最大化的损失值。

7.根据权利要求1-6之一所述的方法，其中，所述基于所述损失值，确定所述目标量子态的对数负性，包括：

基于所述损失值，计算得到所述两方量子态的所有施密特系数之和；

基于所述所有施密特系数之和，计算得到所述两方量子态的对数负性。

8.一种量子纠缠量化装置，所述装置包括：

获取单元，被配置成获取参数化量子电路以及与所述参数化量子电路对应的损失函数电路，所述参数化量子电路包括可调参数；

中间作用单元，被配置成将所述参数化量子电路作用在待测的两方量子态上，得到中间量子态；

损失作用单元，被配置成将所述损失函数电路作用在所述中间量子态上，得到损失函数，所述损失函数对应于所述损失函数电路的输出量子态与初始态的相似度，所述初始态的任意两个量子比特之间无纠缠；

调整单元，被配置成调整所述可调参数，得到所述损失函数最大化的损失值；

确定单元，被配置成基于所述损失值，确定所述两方量子态的对数负性。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述初始态的各个量子比特的量子态均为|0>，所述损失函数电路包括：受控反闸门和哈达玛门。

10.根据权利要求8所述的装置，其中，所述初始态的各个量子比特的量子态均为|1>，所述损失函数电路包括：受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门。

11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述初始态的量子比特的量子态包括|0>和|1>，所述损失函数电路包括：受控反闸门、哈达玛门以及泡利X门。

12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述调整单元包括：

调整模块，被配置成采用梯度下降法调整所述可调参数，并对所述损失函数进行迭代处理，以最大化所述损失函数；

取值模块，被配置成将最大化后的所述损失函数的取值，作为所述损失函数最大化的损失值。

13.根据权利要求8-12之一所述的装置，其中，所述确定单元包括：

系数计算模块，被配置成基于所述损失值，计算得到所述两方量子态的所有施密特系数之和；

纠缠计算模块，被配置成基于所述所有施密特系数之和，计算得到所述两方量子态的对数负性。

14.一种电子设备，其特征在于，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1-7中任一项所述的方法。

15.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7中任一项所述的方法。

16.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现权利要求1-7中任一项所述的方法。

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