基于量子测量的正实值概率幅度的快速测量估计方法

摘要

本发明公开了一种正实值概率幅度的快速测量估计方法，包括如下步骤：S1，给定任意角度，建立旋转算子门；S2，对待测量量子态进行张量积运算；S3，对上述结果进行交叉酉操作，获得待测量量子态概率幅度角和给定角度的差值概率幅度；S4，对差值概率幅度进行投影测量，并判断测量结果正负号，如果测量结果为零，则得到了要估计的结果，停止操作，给定角度即是待测量量子态对应概率幅度的角度；否则，根据正负号更新给定角度，如果结果是正值，则把估计值用二分法更新减少，如果结果是负值，则把估计值用二分法更新增加，重复步骤S1至S4预设的次数或重复直到测量结果为零后，停止操作。

说明书

技术领域

本发明属于量子信息处理领域中的量子测量，涉及到单独对多量子叠加态中某一个量子态概率幅度的独立测量，尤其是涉及任意多体和单体量子态实值概率幅度的任意概率幅度的指数加速测量。

背景技术

在基于量子力学的量子信息处理中，量子测量是量子计算后最为关键的一个操作步骤。到目前为止，多种测量方法已经被提出且获得了广泛的应用，比如一般测量、POVM测量、正交投影测量以及弱测量等。

但是，为了获得每个量子态前面的概率幅度，目前仍然只能通过概率统计的方法获得。例如，对于单体量子叠加态

但是，这种传统的概率统计方法有两大缺陷：第一，如果只想测量某个量子态的概率幅度而不用测量其他量子态的概率幅度，是无法做到的，其只能不加区别地全部随机测量，然后统计获得每个量子态的概率幅度；第二，其测量复杂度是指数递增的，即随着量子态量子位数指数递增。

发明内容

为解决现有技术的不足，实现简单、有效、快速的对任意量子实值概率幅度测量的目的，本发明采用如下的技术方案：

基于量子测量的正实值概率幅度的快速测量估计方法，包括如下步骤：

S1，给定任意角度，建立旋转算子门；

S2，对待测量量子态进行张量积运算；

S3，对上述结果进行交叉酉操作，获得待测量量子态概率幅度角和给定角度的差值概率幅度；

S4，对差值概率幅度进行投影测量，并判断测量结果正负号，如果测量结果为零，则得到了要估计的结果，停止操作，给定角度即是待测量量子态对应概率幅度的角度；否则，根据正负号更新给定角度，如果结果是正值，则把估计值用二分法更新减少，如果结果是负值，则把估计值用二分法更新增加，重复步骤S1至S4预设的次数或重复直到测量结果为零后，停止操作，即可获得概率幅度中角度的无限逼近。

对于具有实值概率幅度的多体量子态，通过投影技术等酉操作把待测量量子态的正实数概率幅度从大量的量子叠加态中单独分离出来采用二分法逼近测量从而获得单独给定量子态的概率幅度而不必对所有的其他量子态进行测量，可实现指数加速测量。

所述步骤S1，设

所述步骤S2，设任意多体量子叠加态为

所述步骤S3，进一步实施量子运算，即得

所述步骤S4，对差值概率幅度进行投影测量；即

所述步骤S4，如果，则并停止运算；否则，更新角度 和，并重复步骤S1至S4直到停止，并。这样，通过二分法 迭代搜索即可快速高效的获得

所述步骤S4，重复步骤S1至S4给定次数

本发明的优势和有益效果在于：

提供了一种简单、有效、快速的任意量子实值概率幅度测量方法，利用正交投影技术等酉操作实现对任意实值概率幅度量子态的单独测量，测量中基于二分快速搜索技术实现实值概率幅度的真实值的快速逼近和估计，从而实现任意实值概率幅度量子态的概率幅度值的指数加速（测量复杂度为量子态量子位数的多项式形式）的测量估计。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示，基于量子测量的正实值概率幅度的快速测量估计方法，借助于构造的酉算子操作和二分法快速搜索技术，把任意实值概率幅度进行指数加速的单独测量，包括如下步骤：

设任意多体量子叠加态为

第一步，给定任意角度，建立旋转算子门；设

第二步，对

第三步，取张量积运算，得

第四步，对上述结果进行交叉酉操作，获得待测量量子态概率幅度角和给定角度的差值概率幅度；进一步实施量子运算，即得

第五步，对差值概率幅度进行投影测量；即

第六步，通过几个精心设计的量子门对分离量子态进行酉操作（包括

这样，通过二分法迭代搜索即可快速高效的获得

对于具有实值概率幅度的多体量子态，通过投影技术等酉操作把待测量量子态的正实数概率幅度从大量的量子叠加态中单独分离出来采用二分法逼近测量从而获得单独给定量子态的概率幅度而不必对所有的其他量子态进行测量，可实现指数加速测量。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。