本發(fā)明涉及量子計(jì)算基數(shù)領(lǐng)域，特別是一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法及相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

1、由于量子比特的疊加性質(zhì)，n個(gè)量子比特可以存儲(chǔ)2n個(gè)經(jīng)典比特，采用量子比特進(jìn)行信息存儲(chǔ)和表示將極大的節(jié)約存儲(chǔ)空間和算力。圖像作為一種信息表示方法具有直觀、內(nèi)容豐富的特點(diǎn)，但是海量圖像數(shù)據(jù)需要超大存儲(chǔ)和超大算力，基于經(jīng)典比特的存儲(chǔ)難以應(yīng)對(duì)目前海量增加的圖像數(shù)據(jù)。量子比特有望解決海量圖像數(shù)據(jù)所面臨的存儲(chǔ)和計(jì)算的瓶頸問(wèn)題，采用振幅編碼可將像素值編碼到量子態(tài)的振幅中去，可以指數(shù)級(jí)的減少存儲(chǔ)空間，然而振幅編碼往往需要大量的多比特控制門，多比特控制門分解將產(chǎn)生大量的單比特控制門，從而極大的增加了線路深度，導(dǎo)致在真機(jī)上運(yùn)行時(shí)容易發(fā)生退相干。因此，在現(xiàn)階段量子計(jì)算機(jī)上，振幅編碼往往只能表示較小尺寸圖片，而無(wú)法表示較大尺寸圖片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法及相關(guān)裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題，它能夠解振幅編碼在真實(shí)量子計(jì)算機(jī)上容易導(dǎo)致退相干的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)階段量子計(jì)算機(jī)上表示較大尺寸圖片。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法，所述方法包括：

3、獲取數(shù)據(jù)值組，所述數(shù)據(jù)值組內(nèi)具有多個(gè)數(shù)據(jù)值；

4、構(gòu)建包括第一量子比特和第二量子比特的第一量子線路，第一量子線路包括多個(gè)依次作用在第一量子比特上的第一量子旋轉(zhuǎn)門和同時(shí)作用在第一量子比特和第二量子比特的變分編碼器的邏輯門組合，每個(gè)第一量子旋轉(zhuǎn)門用于在第一量子比特為基態(tài)的情況下通過(guò)角度編碼的方式編碼一數(shù)據(jù)值得到輸入量子態(tài)，每個(gè)變分編碼器用于將對(duì)應(yīng)邏輯門組合中的輸入量子態(tài)壓縮至所述第二量子比特。

5、如上所述的一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法，其中，優(yōu)選的是，所述變分編碼器包括沿作用時(shí)序依次設(shè)置的多個(gè)cnot門以及多個(gè)第二量子旋轉(zhuǎn)門，所述cnot門作用于所述第一量子比特與所述第二量子比特中相鄰的量子比特上，所述cnot門的控制量子比特為與所作用的量子比特相鄰的高位量子比特，所述第二量子旋轉(zhuǎn)門作用于所述第一量子比特與所述第二量子比特中的每一個(gè)量子比特上。

6、如上所述的一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法，其中，優(yōu)選的是，所述第一量子旋轉(zhuǎn)門包括第一rx門、第一ry門以及所述第一rz門中的一個(gè)或多個(gè)，所述第二量子旋轉(zhuǎn)門包括第二rx門、第二ry門以及所述第二rz門中的一個(gè)或多個(gè)。

7、如上所述的一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法，其中，優(yōu)選的是，所述第一量子線路還包括通過(guò)振幅編碼的方式編碼多個(gè)所述數(shù)據(jù)值的第三量子比特，其中，第三量子比特與第二量子比特?cái)?shù)量相同。

8、如上所述的一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法，其中，優(yōu)選的是，所述方法還包括：

9、采用swap測(cè)試量子線路比較所述第二量子比特和所述第三量子比特的量子態(tài)。

10、如上所述的一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法，其中，優(yōu)選的是，所述swap測(cè)試量子線路包括第四量子比特、所述第二量子比特以及對(duì)應(yīng)權(quán)重的所述第三量子比特、依次作用的h門、多個(gè)受控swap門、h門和測(cè)量門；其中：所述h門和所述測(cè)量門作用在所述第四量子比特上，多個(gè)所述受控swap門以所述第四量子比特為控制量子比特并依次作用在不同權(quán)重位置的所述第三量子比特以及所述第三量子比特對(duì)應(yīng)權(quán)重的所述第二量子比特上。

11、如上所述的一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法，其中，優(yōu)選的是，所述方法還包括：

12、構(gòu)建訓(xùn)練數(shù)據(jù)集和測(cè)試數(shù)據(jù)集，設(shè)定批次數(shù)量，每一批次均包括至少一個(gè)所述數(shù)據(jù)值組，將同一批次中的多個(gè)數(shù)據(jù)值組逐個(gè)送入所述第一量子線路中計(jì)算損失值，每個(gè)數(shù)據(jù)值組均產(chǎn)生一個(gè)損失值；

13、對(duì)一個(gè)批次內(nèi)的多個(gè)損失值求和得到一個(gè)批次內(nèi)的平均損失值；

14、根據(jù)平均損失值進(jìn)行反向傳播計(jì)算得到每個(gè)所述第二量子旋轉(zhuǎn)門的梯度值，根據(jù)此梯度值更新所述第二量子旋轉(zhuǎn)門的旋轉(zhuǎn)控制參數(shù)，從而完成了一個(gè)批次的訓(xùn)練；

15、迭代的進(jìn)行前述過(guò)程直到損失值低于設(shè)定閾值或達(dá)到設(shè)定的迭代輪數(shù)后，完成訓(xùn)練過(guò)程，確定出變分編碼器中的參數(shù)權(quán)重。

16、第二方面，本發(fā)明提供了一種量子線路構(gòu)建裝置，所述裝置包括：

17、獲取模塊，用于獲取數(shù)據(jù)值組，所述數(shù)據(jù)值組內(nèi)具有多個(gè)數(shù)據(jù)值；

18、第一量子線路構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建包括第一量子比特和第二量子比特的第一量子線路，第一量子線路包括多個(gè)依次作用在第一量子比特上的第一量子旋轉(zhuǎn)門和同時(shí)作用在第一量子比特和第二量子比特的變分編碼器的邏輯門組合，每個(gè)第一量子旋轉(zhuǎn)門用于在第一量子比特為基態(tài)的情況下通過(guò)角度編碼的方式編碼一數(shù)據(jù)值得到輸入量子態(tài)，每個(gè)變分編碼器用于將對(duì)應(yīng)邏輯門組合中的輸入量子態(tài)壓縮至所述第二量子比特。

19、第三方面，本發(fā)明提供了一種存儲(chǔ)介質(zhì)，所述存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算機(jī)程序被設(shè)置為運(yùn)行時(shí)執(zhí)行前述的方法。

20、第三方面，本發(fā)明提供了一種電子裝置，包括存儲(chǔ)器和處理器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器被設(shè)置為運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序以執(zhí)行前述的方法。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)級(jí)聯(lián)的角度編碼和變分量子態(tài)壓縮逐步將經(jīng)典數(shù)據(jù)編碼到量子疊加態(tài)中，采用變分編碼器去模擬振幅編碼減少了線路深度，從而緩解振幅編碼在真實(shí)量子計(jì)算機(jī)上容易導(dǎo)致退相干的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)階段量子計(jì)算機(jī)上表示較大尺寸圖片。

技術(shù)特征：

1.一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法，其特征在于：所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述變分編碼器包括沿作用時(shí)序依次設(shè)置的多個(gè)cnot門以及多個(gè)第二量子旋轉(zhuǎn)門，所述cnot門作用于所述第一量子比特與所述第二量子比特中相鄰的量子比特上，所述cnot門的控制量子比特為與所作用的量子比特相鄰的高位量子比特，所述第二量子旋轉(zhuǎn)門作用于所述第一量子比特與所述第二量子比特中的每一個(gè)量子比特上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一量子旋轉(zhuǎn)門包括第一rx門、第一ry門以及所述第一rz門中的一個(gè)或多個(gè)，所述第二量子旋轉(zhuǎn)門包括第二rx門、第二ry門以及所述第二rz門中的一個(gè)或多個(gè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一量子線路還包括通過(guò)振幅編碼的方式編碼多個(gè)所述數(shù)據(jù)值的第三量子比特，其中，第三量子比特與第二量子比特?cái)?shù)量相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于：所述方法還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述swap測(cè)試量子線路包括第四量子比特、所述第二量子比特以及對(duì)應(yīng)權(quán)重的所述第三量子比特、依次作用的h門、多個(gè)受控swap門、h門和測(cè)量門；其中：所述h門和所述測(cè)量門作用在所述第四量子比特上，多個(gè)所述受控swap門以所述第四量子比特為控制量子比特并依次作用在不同權(quán)重位置的所述第三量子比特以及所述第三量子比特對(duì)應(yīng)權(quán)重的所述第二量子比特上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

8.一種量子線路構(gòu)建裝置，其特征在于，所述裝置包括：

9.一種存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算機(jī)程序被設(shè)置為運(yùn)行時(shí)執(zhí)行權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)中所述的方法。

10.一種電子裝置，包括存儲(chǔ)器和處理器，其特征在于，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器被設(shè)置為運(yùn)行所述計(jì)算機(jī)程序以執(zhí)行權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)中所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種振幅編碼的量子線路構(gòu)建方法及相關(guān)裝置，方法包括：獲取數(shù)據(jù)值組，數(shù)據(jù)值組內(nèi)具有多個(gè)數(shù)據(jù)值；構(gòu)建包括第一量子比特和第二量子比特的第一量子線路，第一量子線路包括多個(gè)依次作用在第一量子比特上的第一量子旋轉(zhuǎn)門和同時(shí)作用在第一量子比特和第二量子比特的變分編碼器的邏輯門組合，每個(gè)第一量子旋轉(zhuǎn)門用于在第一量子比特為基態(tài)的情況下通過(guò)角度編碼的方式編碼一數(shù)據(jù)值得到輸入量子態(tài)，每個(gè)變分編碼器用于將對(duì)應(yīng)邏輯門組合中的輸入量子態(tài)壓縮至第二量子比特。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用變分編碼器去模擬振幅編碼減少了線路深度，從而緩解振幅編碼在真實(shí)量子計(jì)算機(jī)上容易導(dǎo)致退相干的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：竇猛漢,請(qǐng)求不公布姓名,請(qǐng)求不公布姓名
受保護(hù)的技術(shù)使用者：本源量子計(jì)算科技（合肥）股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6