本技術(shù)涉及量子計算，尤其涉及一種量子計算方法、裝置、存儲介質(zhì)以及芯片系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、量子計算是利用量子力學原理，將量子比特作為基本計算單元，運行量子算法的計算方式。在嘈雜中型量子(noisy?intermediate-scale?quantum，nisq)時期，研究人員設(shè)計出了各種能夠體現(xiàn)量子優(yōu)越性的算法，如用于求解化學分子基態(tài)能量的變分量子本征求解器(variational?quantum?eigensolver，vqe)算法。在vqe算法中，量子比特用于描述化學分子軌道占據(jù)或者非占據(jù)的狀體，由參數(shù)化量子門構(gòu)成的變分量子線路對量子初態(tài)進行演化，之后，通過對演化后的量子態(tài)進行測量，可以計算出化學分子哈密頓量關(guān)于該量子態(tài)的期望值e，然后，通過經(jīng)典優(yōu)化器來不斷優(yōu)化變分量子線路中的參數(shù)，使得期望值e盡可能的低，并達到e0，此時，e0即為化學分子的基態(tài)能量。

2、其中，目前常用的用于計算化學分子的基態(tài)能量的量子線路包括但不限于幺正耦合簇(unitary?coupled-cluster?with?singles?and?doubles，uccsd)算法或硬件高效(hardware?efficient)算法等。以uccsd算法為例，為了提升量子計算的精度，uccsd算法設(shè)置的量子線路數(shù)量很大，而在上述循環(huán)優(yōu)化的過程中每一次循環(huán)均涉及大量的量子線路的計算，這會消耗很多的量子計算裝置的算力，并且計算耗時較長。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種量子計算方法、裝置、存儲介質(zhì)以及芯片系統(tǒng)，用以降低量子計算過程中對設(shè)備算力的消耗，以及提升量子計算的效率。

2、第一方面，本技術(shù)提出一種量子計算方法，該方法提出在采用化學分子結(jié)構(gòu)的第一算子池計算化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)能量之前，先對第一算子池進行刪減。具體包括：獲取化學分子結(jié)構(gòu)的第一算子池；所述第一算子池中包括多個算子，第一算子用于對所述第一算子對應的第一量子比特組的第一量子態(tài)進行運算，所述多個算子分別對應的第一量子態(tài)用于描述所述化學分子結(jié)構(gòu)；即，每個算子對應的量子比特組的第一量子態(tài)的集合用于描述化學分子結(jié)構(gòu)，所述第一算子為所述多個算子中的任一算子。采用所述第一算子對所述第一量子比特組的第一量子態(tài)進行運算，得到所述第一量子比特組的至少一個第二量子態(tài)；其中，不同的第二量子態(tài)對應所述第一算子的不同參數(shù)。即，采用包含不同參數(shù)的第一算子對第一量子比特組的第一量子態(tài)進行計算，得到不同的第二量子態(tài)。根據(jù)所述多個算子分別對應的第一量子態(tài)和至少一個第二量子態(tài)對所述多個算子進行篩選，得到第二算子池；所述第二算子池包括的算子的數(shù)量小于所述第一算子池包括的算子的數(shù)量；第二算子池中包含的算子對應的第一量子態(tài)和第二量子態(tài)的能量滿足設(shè)定條件。根據(jù)所述第二算子池以及所述第二算子池中包括的算子對應的第一量子態(tài)確定所述化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)能量。

3、基于上述方案，本技術(shù)提出在采用化學分子結(jié)構(gòu)對應的算子池計算化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)能量之前，先根據(jù)各算子的運算情況對算子池進行篩選，刪除部分算子，采用保留下的算子進行計算化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)能量。相較于傳統(tǒng)技術(shù)中采用數(shù)量龐大的算子池計算進行量子計算消耗過多的算力的問題，本技術(shù)的方案縮小了算子池，可以降低對計算裝置算力的消耗，提升計算效率。并且由于篩選的過程僅需要對各算子對應的部分量子比特的量子態(tài)進行運算，因此篩選的過程也并不會消耗過多的設(shè)備算力。

4、在一些實施例中，所述第二算子池中包括的任一算子對應的第一能量和第二能量之間的差值小于設(shè)定閾值；所述第一能量為所述任一算子對應的第一量子態(tài)的能量，所述第二能量是根據(jù)所述任一算子對應的至少一個第二量子態(tài)的能量確定的。

5、基于上述方案，本技術(shù)提出將對化學分子結(jié)構(gòu)的能量產(chǎn)生的影響較小的算子刪除，由于被刪除的算子的作用較小，因此在縮減算子池提升計算效率的同時并不會降低量子計算的準確率。

6、在一些實施例中，所述第二能量為所述任一算子對應的至少一個第二量子態(tài)的能量中的最小值。

7、基于上述方案，確定采用不同參數(shù)的任一算子對第一量子態(tài)計算得到的不同的第二量子態(tài)分別的能量，并選取其中的最小值作為化學分子結(jié)構(gòu)的第二能量，在確定最優(yōu)算子的同時，也確定了算子的多個參數(shù)中的最優(yōu)參數(shù)。

8、在一些實施例中，所述第二算子池中每個算子為一組包含參數(shù)的量子門序列；所述根據(jù)所述第二算子池以及所述第二算子池中包括的算子對應的第一量子態(tài)確定所述化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)能量，包括：采用所述第二算子池對所述第二算子池對應的第一量子態(tài)進行n次計算，將得到的第二量子態(tài)作為所述化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)，并確定所述基態(tài)的能量為所述化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)能量；其中，第二算子池對應的第一量子態(tài)表示第二量子池中每個算子對應的量子比特組的第一量子態(tài)的集合。n為大于等于2的整數(shù)，n次計算中的第i次計算包括：

9、根據(jù)第i-1次確定的所述化學分子結(jié)構(gòu)的能量，調(diào)整所述第二算子池中每個算子中包含的參數(shù)，以獲得所述第i次計算采用的所述第二算子池；1＜i≤n；根據(jù)所述第i次計算采用的所述第二算子池，對所述第二算子池對應的第一量子態(tài)進行第i次計算得到所述化學分子結(jié)構(gòu)的第i次第二量子態(tài)；確定所述化學分子結(jié)構(gòu)第i次第二量子態(tài)的能量。

10、在一些實施例中，所述根據(jù)第i-1次確定的所述化學分子結(jié)構(gòu)的能量，調(diào)整所述第二算子池中每個算子中包含的參數(shù)，以獲得所述第i次計算采用的所述第二算子池，包括：采用所述第i-1次確定的所述化學分子結(jié)構(gòu)的能量，確定所述第i-1次計算采用的所述第二算子池中每個算子中包含的參數(shù)的梯度；根據(jù)所述梯度對所述第二算子池中每個算子中包含的參數(shù)進行更新，得到所述第i次計算采用的所述第二算子池。

11、第二方面，本技術(shù)提出一種量子計算裝置，包括獲取單元和處理單元。其中，獲取單元，用于獲取化學分子結(jié)構(gòu)的第一算子池；所述第一算子池中包括多個算子，第一算子用于對所述第一算子對應的第一量子比特組的第一量子態(tài)進行運算，所述多個算子分別對應的第一量子態(tài)用于描述所述化學分子結(jié)構(gòu)；所述第一算子為所述多個算子中的任一算子；處理單元，用于采用所述第一算子對所述第一量子比特組的第一量子態(tài)進行運算，得到所述第一量子比特組的至少一個第二量子態(tài)；其中，不同的第二量子態(tài)對應所述第一算子的不同參數(shù)；所述處理單元，還用于根據(jù)所述多個算子分別對應的第一量子態(tài)和至少一個第二量子態(tài)對所述多個算子進行篩選，得到第二算子池；所述第二算子池包括的算子的數(shù)量小于所述第一算子池包括的算子的數(shù)量；所述處理單元，還用于根據(jù)所述第二算子池以及所述第二算子池中包括的算子對應的第一量子態(tài)確定所述化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)能量。

12、在一些實施例中，所述第二算子池中包括的任一算子對應的第一能量和第二能量之間的差值小于設(shè)定閾值；所述第一能量為所述任一算子對應的第一量子態(tài)的能量，所述第二能量是根據(jù)所述任一算子對應的至少一個第二量子態(tài)的能量確定的。

13、在一些實施例中，所述第二能量為所述任一算子對應的至少一個第二量子態(tài)的能量中的最小值。

14、在一些實施例中，所述第二算子池中每個算子為一組包含參數(shù)的量子門序列；所述處理單元，具體用于：采用所述第二算子池對所述第二算子池對應的第一量子態(tài)進行n次計算，將得到的第二量子態(tài)作為所述化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)，并確定所述基態(tài)的能量為所述化學分子結(jié)構(gòu)的基態(tài)能量；其中，n為大于等于2的整數(shù)，n次計算中的第i次計算包括：

15、根據(jù)第i-1次確定的所述化學分子結(jié)構(gòu)的能量，調(diào)整所述第二算子池中每個算子中包含的參數(shù)，以獲得所述第i次計算采用的所述第二算子池；1＜i≤n；根據(jù)所述第i次計算采用的所述第二算子池，對所述第二算子池對應的第一量子態(tài)進行第i次計算得到所述化學分子結(jié)構(gòu)的第i次第二量子態(tài)；確定所述化學分子結(jié)構(gòu)第i次第二量子態(tài)的能量。

16、在一些實施例中，所述處理單元，具體用于：采用所述第i-1次確定的所述化學分子結(jié)構(gòu)的能量，確定所述第i-1次計算采用的所述第二算子池中每個算子中包含的參數(shù)的梯度；根據(jù)所述梯度對所述第二算子池中每個算子中包含的參數(shù)進行更新，得到所述第i次計算采用的所述第二算子池。

17、第三方面，本技術(shù)提出了另一種量子計算裝置，包括處理器和存儲器；所述存儲器用于存儲程序；所述處理器用于執(zhí)行所述存儲器所存儲的程序，以使所述裝置實現(xiàn)如上第一方面任一可能的設(shè)計所述的方法。

18、第四方面，本技術(shù)實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有程序代碼，當所述程序代碼在所述計算機上運行時，使得計算機執(zhí)行上述第一方面任一可能的設(shè)計所述的方法。

19、第五方面，本技術(shù)實施例提供了一種計算機程序產(chǎn)品，當所述計算機程序產(chǎn)品在計算機上運行時，使得計算機執(zhí)行上述第一方面任一可能的設(shè)計所述的方法。

20、第六方面，本技術(shù)實施例提供了一種芯片系統(tǒng)，該芯片系統(tǒng)包括處理器，該處理器與存儲器耦合，用于調(diào)用存儲器中存儲的計算機程序或計算機指令，以使得該處理器執(zhí)行上述第一方面任一可能的設(shè)計所述的方法。

21、第七方面，本技術(shù)實施例提供了一種處理器，該處理器用于調(diào)用存儲器中存儲的計算機程序或計算機指令，以使得該處理器執(zhí)行上述第一方面任一可能的設(shè)計所述的方法。

22、本技術(shù)實施例在上述各方面提供的實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，還可以進行進一步組合以提供更多實現(xiàn)。

23、上述第二方面至第七方面中任一方面中的任一可能設(shè)計可以達到的技術(shù)效果，可以相應參照上述第一方面中的任一可能設(shè)計可以達到的技術(shù)效果描述，重復之處不予論述。