CN115587630A - 跨平台量子设备纠缠验证方法及装置、电子设备和介质 - Google Patents

跨平台量子设备纠缠验证方法及装置、电子设备和介质 Download PDF

Info

Publication number
CN115587630A
CN115587630A CN202211194241.5A CN202211194241A CN115587630A CN 115587630 A CN115587630 A CN 115587630A CN 202211194241 A CN202211194241 A CN 202211194241A CN 115587630 A CN115587630 A CN 115587630A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantum
entanglement
gates
character string
string
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.)
Granted
Application number
CN202211194241.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115587630B (zh
Inventor
王琨
郑聪聪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd filed Critical Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Priority to CN202211194241.5A priority Critical patent/CN115587630B/zh
Publication of CN115587630A publication Critical patent/CN115587630A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115587630B publication Critical patent/CN115587630B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/70—Quantum error correction, detection or prevention, e.g. surface codes or magic state distillation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/20—Models of quantum computing, e.g. quantum circuits or universal quantum computers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06N—COMPUTING ARRANGEMENTS BASED ON SPECIFIC COMPUTATIONAL MODELS
    • G06N10/00—Quantum computing, i.e. information processing based on quantum-mechanical phenomena
    • G06N10/40—Physical realisations or architectures of quantum processors or components for manipulating qubits, e.g. qubit coupling or qubit control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

本公开提供了一种跨平台量子设备纠缠验证方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，涉及量子计算机领域，尤其涉及量子通信、量子信息处理技术领域。实现方案为：重复以下操作共N次：在单比特量子门集合中随机选择n个第一量子门并确定共轭的n个第二量子门；将n个第一量子门作用于待验证的第二量子态，获得第一字符串的集合；将n个第二量子门作用于待验证的第四量子态，获得第二字符串的集合；确定将第一字符串和相对应的第二字符串形成的组合字符串的概率；确定N次操作后每个组合字符串的平均概率；以及基于平均概率、以及相对应的第一字符串和第二字符串的相似度，确定第二量子态和第四量子态所形成纠缠态的纠缠分数。

Description

跨平台量子设备纠缠验证方法及装置、电子设备和介质
技术领域
本公开涉及量子计算机领域，尤其涉及量子通信、量子信息处理技术领域，具体涉及一种跨平台量子设备纠缠验证方法、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
随着越来越多的新兴量子科技的不断涌现，量子硬件技术逐年提升，量子通信以及量子互联网也在不断发展。量子纠缠(Quantum Entanglement)作为量子科技中最重要的资源之一，是量子计算和量子信息处理的核心资源和基本组成部分。因此，如何量子态之间的纠缠状态进行验证成为关键。
发明内容
本公开提供了一种跨平台量子设备纠缠验证方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
根据本公开的一方面，提供了一种跨平台量子设备纠缠验证方法，包括：重复以下操作共N次，其中N为正整数：在单比特量子门集合中随机选择n个第一量子门，并确定与所述n个第一量子门一一对应的n个第二量子门，其中所述第一量子门与相应的第二量子门满足共轭矩阵性质，其中n为正整数；获取第一字符串的集合，其中所述第一字符串为在给定的一组测量基下对第一量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第一量子态为将所述n个第一量子门分别作用于第一量子设备中待验证的n比特的第二量子态的相应比特上所得到的量子态；获取第二字符串的集合，其中所述第二字符串为在所述给定的一组测量基下对第三量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第三量子态为将所述n个第二量子门分别作用于第二量子设备中待验证的n比特的第四量子态的相应比特上所得到的量子态；以及确定将每个第一字符串与相对应的第二字符串进行组合所形成的组合字符串分别对应的概率，其中所述组合字符串为2n比特的字符串；确定所述N次操作后所获得的每个组合字符串各自对应的平均概率；以及基于所述平均概率、以及相对应的第一字符串和第二字符串的相似度，确定所述第二量子态和所述第四量子态所形成纠缠态的纠缠分数。
根据本公开的另一方面，提供了一种跨平台量子设备纠缠验证装置，包括：获取单元，配置为重复以下操作共N次，其中N为正整数：在单比特量子门集合中随机选择n个第一量子门，并确定与所述n个第一量子门一一对应的n个第二量子门，其中所述第一量子门与相应的第二量子门满足共轭矩阵性质，其中n为正整数；获取第一字符串的集合，其中所述第一字符串为在给定的一组测量基下对第一量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第一量子态为将所述n个第一量子门分别作用于第一量子设备中待验证的n比特的第二量子态的相应比特上所得到的量子态；获取第二字符串的集合，其中所述第二字符串为在所述给定的一组测量基下对第三量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第三量子态为将所述n个第二量子门分别作用于第二量子设备中待验证的n比特的第四量子态的相应比特上所得到的量子态；以及确定将每个第一字符串与相对应的第二字符串进行组合所形成的组合字符串分别对应的概率，其中所述组合字符串为2n比特的字符串；第一确定单元，配置为确定所述N次操作后所获得的每个组合字符串各自对应的平均概率；以及第二确定单元，配置为基于所述平均概率、以及相对应的第一字符串和第二字符串的相似度，确定所述第二量子态和所述第四量子态所形成纠缠态的纠缠分数。
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。
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。
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。
根据本公开的一个或多个实施例，基于随机测量思想，利用局部操作和经典通信(Local Operations and Classical Communication，LOCC)实现了跨平台的量子纠缠验证，不会受到量子设备之间距离、时间的限制。
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。
图1示出了根据本公开的实施例的跨平台量子设备纠缠验证方法的流程图；
图2示出了根据本公开的实施例的量子随机测量的示意图；
图3示出了根据本公开的实施例的通过随机测量实现跨平台量子设备纠缠验证的量子电路示意图；
图4示出了根据本公开实施例方法所得到的纠缠分数与理论纠缠分数的对比示意图；
图5示出了根据本公开的实施例的跨平台量子设备纠缠验证装置的结构框图；以及
图6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
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。
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。
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。
下面将结合附图详细描述本公开的实施例。
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***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。
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，他就是量子计算机。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。
越来越多的新兴量子科技在不断涌现，量子硬件的技术也在逐年提升，量子通信以及量子互联网也在不断发展。量子科技中最重要的资源之一即为量子纠缠(QuantumEntanglement)，它是量子计算和量子信息处理的核心资源和基本组成部分，是许多著名量子计算案例——量子密钥分发(Quantum Key Distribution)、量子超密编码(QuantumSuperdense Coding)、量子隐形传态(Quantum Teleportation)等的核心部分。
在量子力学里，当几个粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体***的性质，则称这现象为量子缠结或量子纠缠。以量子超密编码为例，量子协议双方Alice和Bob需要预先共享一对高度纠缠的Bell态，他们在各自拥有的量子态上进行操作(对应一个量子设备)，最终完成超密编码，实现经典信息的传输。如果双方共享的量子态纠缠性降至低于某个阈值，那么超密编码协议就无法正常进行，也无法体现量子计算优势。
如何高效地验证在空间、时间上距离很远的量子设备间的量子纠缠程度，即跨平台量子设备纠缠验证(Cross-Platform Quantum Entanglement Detection)，是量子计算的一个核心问题。通常，可以通过量子态层析(Quantum State Tomography)来验证量子设备间的量子纠缠程度，即通过量子态层析获得共享量子态ρAB的全部信息，以得到量子态的纠缠分数。但是为了获得量子态ρAB的全部信息，对于2n量子比特的两方量子态ρAB，需要拷贝超过42n个ρAB，并且实现42n个不同的测量方案，这在近期量子设备上无法高效和稳定地实现。并且，需要验证纠缠程度的两个量子设备可能处在非常远的位置，无法实现全局操作。
因此，根据本公开的实施例，提供了一种跨平台量子设备纠缠验证方法。图1示出了根据本公开的实施例的跨平台量子设备纠缠验证方法的流程图，如图1所示，方法100包括：重复以下操作共N次(步骤110)：在单比特量子门集合中随机选择n个第一量子门，并确定与n个第一量子门一一对应的n个第二量子门，第一量子门与相应的第二量子门满足共轭矩阵性质(步骤1101)；获取第一字符串的集合，其中第一字符串为在给定的一组测量基下对第一量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，第一量子态为将n个第一量子门分别作用于第一量子设备中待验证的n比特的第二量子态的相应比特上所得到的量子态(步骤1102)；获取第二字符串的集合，其中第二字符串为在给定的一组测量基下对第三量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，第三量子态为将n个第二量子门分别作用于第二量子设备中待验证的n比特的第四量子态的相应比特上所得到的量子态(步骤1103)；以及确定将每个第一字符串与相对应的第二字符串进行组合所形成的组合字符串分别对应的概率(步骤1104)；确定N次操作后所获得的每个组合字符串各自对应的平均概率(步骤120)；以及基于所述平均概率、以及相对应的第一字符串和第二字符串的相似度，确定所述第二量子态和所述第四量子态所形成纠缠态的纠缠分数(步骤130)。
对于跨平台量子设备，假设现有A、B两个n比特的量子平台，则A、B两个平台的最大纠缠态可以被定义为公式(1)形式：
Figure BDA0003870283530000061
其中，|kA>和|kB>分别为A、B平台的一组测量基。
进一步地，为了能够描述实际制备的量子态与理想最大纠缠态的近似程度，可以引入纠缠分数(Entanglement Fraction)概念。如果将两平台实际共享的纠缠态记为ρAB，将A平台的量子态记为ρA，将B平台的量子态记为ρB，将纠缠态ρAB的纠缠分数记为
Figure BDA0003870283530000062
其具有公式(2)的形式：
Figure BDA0003870283530000063
纠缠分数能够很好地衡量量子态的纠缠性质。具体地，纠缠分数的取值范围为[0，1]，当纠缠分数为1时，即可认为ρAB为最大纠缠态，当该纠缠分数小于1时，即可确定ρAB与最大纠缠态之间的偏离程度。通过确定量子设备间的纠缠分数，得到
Figure BDA0003870283530000064
的无偏估计，即可完成跨平台量子设备的纠缠验证。
为确定纠缠分数的无偏估计，需要对纠缠量子态进行刻画。量子态层析技术能够实现量子态的完整刻画，但非常消耗计算资源且会受到量子设备距离和时间的限制。而根据本公开的实施例，基于随机测量思想，利用局部操作和经典通信(Local Operations andClassical Communication，LOCC)实现了跨平台的量子纠缠验证，不会受到量子设备之间距离、时间的限制。
随机测量是量子计算中一种强有力的工具，即使是在现有的嘈杂中型量子计算机上也能发挥巨大的作用。在本公开中，在n量子比特测量设备前，随机***n个单量子比特酉门(unitary gate)，再进行多次测量并统计输出结果。重复多次上述操作，即能提取一些量子态的信息，量子随机测量的示意图可以如图2所示。
根据一些实施例，公式(1)中给定的一组测量基为标准基，所述纠缠分数用于确定所述第二量子态和所述第四量子态是否为Bell态。也就是说，在A、B平台的一组测量基|kA>和|kB>为标准基(即自然基)时，A、B两个平台的最大纠缠态又为Bell态。
可以理解的是，在一组标准基下验证A、B两个平台不处于最大纠缠态时，并不能说明该A、B两个平台在其他测量基下也不处于最大纠缠态。也就是说，可能存在一组非标准基，使得A、B两个平台处于最大纠缠态。
根据一些实施例，根据公式(3)确定所述第二量子态和所述第四量子态所形成纠缠态ρAB的纠缠分数
Figure BDA0003870283530000071
Figure BDA0003870283530000072
其中，
Figure BDA0003870283530000073
表示组合字符串x对应的平均概率，其中x为将第一字符串xA和相对应的第二字符串xB进行组合所形成的组合字符串，
Figure BDA0003870283530000074
表示所述第一字符串xA和相对应的第二字符串xB之间的相似度。
根据一些实施例，可以基于汉明距离确定第一字符串和第二字符串的相似度。
具体地，利用最大纠缠态和最大混态在
Figure BDA0003870283530000075
变换下不变性质，其中U为任意一个酉矩阵，U*为其共轭矩阵，经过简单推导可以得到公式(4)：
Figure BDA0003870283530000076
其中，Ψ+＝|ψ+><ψ+|，dμ(U)表示哈尔测度(Haar Measure)，可直观理解为对n量子比特酉矩阵空间进行均匀采样，M表示对两个平台所获得的量子态进行数据后处理所使用的方法，I为单位矩阵。经计算可以发现，当M取
Figure BDA0003870283530000077
时，则有：
Figure BDA0003870283530000081
其中，i，j∈{0，1}n，分别表示A、B两个平台所输出量子态的测量结果，即述第一字符串xA和相对应的第二字符串xB；
Figure BDA0003870283530000082
则表示i，j的汉明距离，即计算i和j不同字符的个数。
由定义：
Figure BDA0003870283530000083
可知，需要将最大纠缠态作为观测算符。基于公式(5)提供的理论基础，利用Trace函数的线性性质和循环性质，可以得到公式(6)：
Figure BDA0003870283530000084
其中，公式(7)所示的被积分对象可以在自然基测量下轻松获得。
Figure BDA0003870283530000085
因此，公式(6)给出了一种实验上可行的等效纠缠分数估计方法：先随机选择酉矩阵，然后对ρA进行U矩阵演化，对ρB进行U*矩阵演化，再在自然基下进行测量，重复多次并对测量结果进行加权平均处理，便可得到
Figure BDA0003870283530000086
的无偏估计。以Bell态为例，通过随机测量实现跨平台量子设备纠缠验证的量子电路如图3所示，其中通过H门和X门实现A、B两个量子设备间的量子态处于Bell态。可以发现，该方法不受到距离和时间的限制，只需要局部操作和经典通信即可实现。
因此，在自然基(即标准基)下，通过公式(3)所示的具有特定相应系数的数据处理方法所获得的纠缠分数，可以方便地确定待验证量子态与最大纠缠态(即Bell态)之间的偏离程度。
如上所述，在一组标准基下待验证量子态不处于最大纠缠态时，并不能说明在其他测量基下其也不处于最大纠缠态。因此，实验人员可以进一步对上述理论基础进行分析，调整输入态结构，并适应调整上述数据后处理所使用的方法(即上述M的形式)，以进一步验证量子态在其他测量基下的纠缠程度。
根据一些实施例，所述单比特量子门集合中的单比特量子门满足unitary 2-design性质。如上所述，在确定纠缠分数时需要对单量子比特酉矩阵空间进行均匀采样获得n个单量子比特酉矩阵，通过在满足unitary2-design性质的单比特量子门集合中随机采样，可以方便地实现对单量子比特酉矩阵空间进行均匀采样的目的，从而进一步确定纠缠分数。已知的是，Clifford门满足unitary2-design性质，因此可以预设一组单比特的Clifford门集合，以进行单量子门的随机采样。
在根据本公开的一个实施例中，对于均为n量子比特的A、B两个量子设备平台，A平台的量子态为ρA，B平台的量子态为ρB，A、B两个平台共享的纠缠态为ρAB。设置酉矩阵随机采样次数N，对于每次采样得到的酉矩阵，设置重复测量次数Mshots，N、Mshots均为正整数。为实现纠缠态ρAB的纠缠分数
Figure BDA0003870283530000091
的近似估计，执行以下操作：
第一步：从满足unitary2-design的单比特量子门集合中随机选择n个单量子比特门，记为{U1，U2，...，Un}。
第二步：利用经典通信将随机采样的量子门信息发送给两个平台，或者，一方完成采样过程，然后将量子门信息通过经典通信发送给另一方。将{U1，U2，...，Un}依次作用在量子态ρA上，将
Figure BDA0003870283530000092
依次作用在量子态ρB上。
第三步：通过自然基(例如Z基)测量设备对两个平台进行Mshots次测量，统计输出结果为x的次数并记为Mx。这里x指在一次测量过程(对两个平台)中所获得的一个2n比特的二进制字符串。利用统计结果，估算输出结果x所对应的概率P(x)。
Figure BDA0003870283530000093
第四步：重复第一步至第骤三步共N次，并将第k次的统计结果记为P(k)(x)。计算输出结果x所对应的平均概率，记为
Figure BDA0003870283530000094
Figure BDA0003870283530000095
第五步：基于各个输出结果x所对应的平均概率，得到
Figure BDA0003870283530000101
的无偏估计，记为
Figure BDA0003870283530000102
Figure BDA0003870283530000103
其中，xA，xB表示在一次测量过程中输出结果为x时，A、B平台各自对应的输出比特串，均为n比特的二进制字符串。
根据本公开的实施例，适用于所有需要验证最大纠缠态的场景，能够高效地跨平台估计量子态的纠缠程度且不受到距离限制，进而利用这些量子态实现更多有价值的应用。
在一个示例性应用中，以IBM的可定制噪声模拟器为例测试根据本公开实施例的量子设备纠缠验证方法。首先根据图3所示的量子电路制备Bell态，并根据本公开实施例所述的方法进行跨平台量子设备纠缠验证。为验证本公开实施例所述方法的有效性，在CX量子门上引入不同强度的退极化噪声(depolarizing noise)，并将本公开实施例所述方法所得到的纠缠分数与理论纠缠分数进行对比。对于每个噪声强度，设置N＝10、Mshots＝1024，即生成10个随机测量电路，对于每个随机测量电路进行1024次重复测量。通过将根据本公开实施例方法所得到的纠缠分数与理论纠缠分数进行对比，得到如图4示所示的效果图。从图4中可以看到，根据本公开实施例的方法，只需生成较少的随机测量电路，即可得到与理论值近似的纠缠分数估计值。
根据本公开的实施例，如图5所示，还提供了一种跨平台量子设备纠缠验证装置500，包括：获取单元510，配置为重复以下操作共N次，其中N为正整数：在单比特量子门集合中随机选择n个第一量子门，并确定与所述n个第一量子门一一对应的n个第二量子门，其中所述第一量子门与相应的第二量子门满足共轭矩阵性质，其中n为正整数；获取第一字符串的集合，其中所述第一字符串为在给定的一组测量基下对第一量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第一量子态为将所述n个第一量子门分别作用于第一量子设备中待验证的n比特的第二量子态的相应比特上所得到的量子态；获取第二字符串的集合，其中所述第二字符串为在所述给定的一组测量基下对第三量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第三量子态为将所述n个第二量子门分别作用于第二量子设备中待验证的n比特的第四量子态的相应比特上所得到的量子态；以及确定将每个第一字符串与相对应的第二字符串进行组合所形成的组合字符串分别对应的概率，其中所述组合字符串为2n比特的字符串；第一确定单元520，配置为确定所述N次操作后所获得的每个组合字符串各自对应的平均概率；以及第二确定单元530，配置为基于所述平均概率、以及相对应的第一字符串和第二字符串的相似度，确定所述第二量子态和所述第四量子态所形成纠缠态的纠缠分数。
这里，跨平台量子设备纠缠验证装置500的上述各单元510～530的操作分别与前面描述的步骤110～130的操作类似，在此不再赘述。
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。
参考图6，现将描述可以作为本公开的服务器或客户端的电子设备600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。
如图6所示，电子设备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，还可存储电子设备600操作所需的各种程序和数据。计算单元601、ROM602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。
电子设备600中的多个部件连接至I/O接口605，包括：输入单元606、输出单元607、存储单元608以及通信单元609。输入单元606可以是能向电子设备600输入信息的任何类型的设备，输入单元606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607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608可以包括但不限于磁盘、光盘。通信单元609允许电子设备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，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。
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，例如方法100。例如，在一些实施例中，方法100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ROM602和/或通信单元609而被载入和/或安装到电子设备600上。当计算机程序加载到RAM603并由计算单元601执行时，可以执行上文描述的方法100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)而被配置为执行方法100。
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)、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***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***、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)、互联网和区块链网络。
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。服务器可以是云服务器，也可以为分布式***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。
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、***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。

Claims (13)

1.一种跨平台量子设备纠缠验证方法，包括：
重复以下操作共N次，其中N为正整数：
在单比特量子门集合中随机选择n个第一量子门，并确定与所述n个第一量子门一一对应的n个第二量子门，其中所述第一量子门与相应的第二量子门满足共轭矩阵性质，其中n为正整数；
获取第一字符串的集合，其中所述第一字符串为在给定的一组测量基下对第一量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第一量子态为将所述n个第一量子门分别作用于第一量子设备中待验证的n比特的第二量子态的相应比特上所得到的量子态；
获取第二字符串的集合，其中所述第二字符串为在所述给定的一组测量基下对第三量子态进多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第三量子态为将所述n个第二量子门分别作用于第二量子设备中待验证的n比特的第四量子态的相应比特上所得到的量子态；以及
确定将每个第一字符串与相对应的第二字符串进行组合所形成的组合字符串分别对应的概率，其中所述组合字符串为2n比特的字符串；确定所述N次操作后所获得的每个组合字符串各自对应的平均概率；以及
基于所述平均概率、以及相对应的第一字符串和第二字符串的相似度，确定所述第二量子态和所述第四量子态所形成纠缠态的纠缠分数。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述给定的一组测量基为标准基，所述纠缠分数用于确定所述第二量子态和所述第四量子态是否为Bell态。
3.如权利要求2所述的方法，其中，根据以下公式确定所述第二量子态和所述第四量子态所形成纠缠态ρAB的纠缠分数
Figure FDA0003870283520000011
Figure FDA0003870283520000012
其中，
Figure FDA0003870283520000013
表示组合字符串x对应的平均概率，其中x为将第一字符串xA和相对应的第二字符串xB进行组合所形成的组合字符串，
Figure FDA0003870283520000014
表示所述第一字符串xA和相对应的第二字符串xB之间的相似度。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，基于汉明距离确定第一字符串和第二字符串的相似度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述单比特量子门集合中的单比特量子门满足unitary 2-design性质。
6.一种跨平台量子设备纠缠验证装置，包括：
获取单元，配置为重复以下操作共N次，其中N为正整数：
在单比特量子门集合中随机选择n个第一量子门，并确定与所述n个第一量子门一一对应的n个第二量子门，其中所述第一量子门与相应的第二量子门满足共轭矩阵性质，其中n为正整数；
获取第一字符串的集合，其中所述第一字符串为在给定的一组测量基下对第一量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第一量子态为将所述n个第一量子门分别作用于第一量子设备中待验证的n比特的第二量子态的相应比特上所得到的量子态；
获取第二字符串的集合，其中所述第二字符串为在所述给定的一组测量基下对第三量子态进行多次测量所得到的测量结果的集合，其中所述第三量子态为将所述n个第二量子门分别作用于第二量子设备中待验证的n比特的第四量子态的相应比特上所得到的量子态；以及
确定将每个第一字符串与相对应的第二字符串进行组合所形成的组合字符串分别对应的概率，其中所述组合字符串为2n比特的字符串；
第一确定单元，配置为确定所述N次操作后所获得的每个组合字符串各自对应的平均概率；以及
第二确定单元，配置为基于所述平均概率、以及相对应的第一字符串和第二字符串的相似度，确定所述第二量子态和所述第四量子态所形成纠缠态的纠缠分数。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述给定的一组测量基为标准基，所述纠缠分数用于确定所述第二量子态和所述第四量子态是否为Bell态。
8.如权利要求7所述的装置，其中，根据以下公式确定所述第二量子态和所述第四量子态所形成纠缠态ρAB的纠缠分数
Figure FDA0003870283520000031
Figure FDA0003870283520000032
其中，
Figure FDA0003870283520000033
表示组合字符串x对应的平均概率，其中x为将第一字符串xA和相对应的第二字符串xB进行组合所形成的组合字符串，
Figure FDA0003870283520000034
表示所述第一字符串xA和相对应的第二字符串xB之间的相似度。
9.如权利要求6-8中任一项所述的装置，其中，基于汉明距离确定第一字符串和第二字符串的相似度。
10.如权利要求6所述的装置，其中，所述单比特量子门集合中的单比特量子门满足unitary 2-design性质。
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，其中，所述计算机程序在被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的方法。
CN202211194241.5A 2022-09-28 2022-09-28 跨平台量子设备纠缠验证方法及装置、电子设备和介质 Active CN115587630B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211194241.5A CN115587630B (zh) 2022-09-28 2022-09-28 跨平台量子设备纠缠验证方法及装置、电子设备和介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211194241.5A CN115587630B (zh) 2022-09-28 2022-09-28 跨平台量子设备纠缠验证方法及装置、电子设备和介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115587630A true CN115587630A (zh) 2023-01-10
CN115587630B CN115587630B (zh) 2024-07-12

Family

ID=84778735

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211194241.5A Active CN115587630B (zh) 2022-09-28 2022-09-28 跨平台量子设备纠缠验证方法及装置、电子设备和介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115587630B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116362341A (zh) * 2023-04-03 2023-06-30 北京百度网讯科技有限公司 量子设备酉变换程度确定方法及装置、电子设备和介质
CN116362340A (zh) * 2023-02-16 2023-06-30 北京百度网讯科技有限公司 量子设备性能比较方法及装置、电子设备和介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190347576A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-14 International Business Machines Corporation Multi-qubit entangling gate using a frequency-modulated tunable coupler
WO2020168158A1 (en) * 2019-02-15 2020-08-20 Rigetti & Co, Inc. Automated synthesizing of quantum programs
CN111967602A (zh) * 2020-08-14 2020-11-20 济南浪潮高新科技投资发展有限公司 量子云平台***量子纠缠操作方法
CN112529196A (zh) * 2020-12-10 2021-03-19 北京百度网讯科技有限公司 量子纠缠探测方法、装置、电子设备及存储介质
CN114465801A (zh) * 2022-02-11 2022-05-10 支付宝(杭州)信息技术有限公司 可信数据的上报方法、装置和电子设备

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190347576A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-14 International Business Machines Corporation Multi-qubit entangling gate using a frequency-modulated tunable coupler
WO2020168158A1 (en) * 2019-02-15 2020-08-20 Rigetti & Co, Inc. Automated synthesizing of quantum programs
CN111967602A (zh) * 2020-08-14 2020-11-20 济南浪潮高新科技投资发展有限公司 量子云平台***量子纠缠操作方法
CN112529196A (zh) * 2020-12-10 2021-03-19 北京百度网讯科技有限公司 量子纠缠探测方法、装置、电子设备及存储介质
CN114465801A (zh) * 2022-02-11 2022-05-10 支付宝(杭州)信息技术有限公司 可信数据的上报方法、装置和电子设备

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDREAS ELBEN, ET AL: "Cross-platform verification of intermediate scale quantum devices", 《PHYSICAL REVIEW LETTERS》, 6 January 2020 (2020-01-06), pages 1 - 6 *
丁智勇: "量子相干性和不确定关系的理论与实验研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》, vol. 2020, no. 07, 15 July 2020 (2020-07-15), pages 005 - 4 *
郭梦琪: "Bell型不等式的量子违背研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》, vol. 2022, no. 03, 15 March 2022 (2022-03-15), pages 005 - 79 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116362340A (zh) * 2023-02-16 2023-06-30 北京百度网讯科技有限公司 量子设备性能比较方法及装置、电子设备和介质
CN116362340B (zh) * 2023-02-16 2024-07-19 北京百度网讯科技有限公司 量子设备性能比较方法及装置、电子设备和介质
CN116362341A (zh) * 2023-04-03 2023-06-30 北京百度网讯科技有限公司 量子设备酉变换程度确定方法及装置、电子设备和介质
CN116362341B (zh) * 2023-04-03 2024-07-12 北京百度网讯科技有限公司 量子设备酉变换程度确定方法及装置、电子设备和介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN115587630B (zh) 2024-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113011593B (zh) 消除量子测量噪声的方法及***、电子设备和介质
CN112990472B (zh) 消除量子噪声的方法及装置、电子设备和介质
CN115587630A (zh) 跨平台量子设备纠缠验证方法及装置、电子设备和介质
CN114021728B (zh) 量子数据测量方法及***、电子设备和介质
CN113098803B (zh) 量子噪声信道的逆映射分解方法及装置、电子设备和介质
CN114219076A (zh) 量子神经网络训练方法及装置、电子设备和介质
CN112529196B (zh) 量子纠缠探测方法、装置、电子设备及存储介质
CN113065659A (zh) 消除量子噪声的方法及装置、电子设备和介质
CN114429218B (zh) 消除量子噪声的方法及装置、电子设备和介质
CN113792880B (zh) 基于脉冲的量子门实现方法及装置、电子设备和介质
CN114462613A (zh) 量子计算机性能刻画方法及装置、电子设备和介质
CN113705793B (zh) 决策变量确定方法及装置、电子设备和介质
CN114492823A (zh) 消除量子噪声的方法及装置、电子设备和介质
CN115994582B (zh) 量子测量设备性能比较方法及装置、电子设备和介质
CN114997407A (zh) 量子测量设备的噪声消除方法及装置、电子设备和介质
CN114386503A (zh) 用于训练模型的方法和装置
CN113255922A (zh) 量子纠缠量化方法和装置、电子设备、计算机可读介质
CN115310618A (zh) 量子操作中的量子噪声消除方法及装置、电子设备和介质
CN114462614A (zh) 量子噪声强度确定方法及装置、电子设备和介质
CN114580649A (zh) 消除量子泡利噪声的方法及装置、电子设备和介质
CN113902118A (zh) 量子测量设备校准方法及装置、电子设备和介质
CN115329972B (zh) 量子计算机性能确定方法及装置、电子设备和介质
CN115564053B (zh) 跨平台量子设备纠缠验证方法及装置、电子设备和介质
CN115329971A (zh) 消除振幅阻尼噪声的方法及装置、电子设备和介质
CN115577786A (zh) 量子熵确定方法、装置、设备及存储介质

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