量子信道经典容量的估计方法及装置、电子设备和介质与流程

本公开涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机，具体涉及一种量子信道经典容量的估计方法、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：

1、信息传输存在于社会生产生活的方方面面，日常的电话、邮件交流都是经典信息传输的过程。如今,量子计算机技术正在飞速地发展，利用量子技术传输信息也引起了研究人员极大的兴趣。在信息论中，信息的传输由信道(channel)刻画，信道的容量(capacity)表示使用该信道可靠地传输信息的最大速率。而在量子信息论中，信息的传输由量子信道(quantum channel)刻画，其经典容量(classical capacity)表示使用该量子信道可靠地传输经典信息的最大速率。目前计算量子信道的经典容量多是通过数学上的化简和运算，对于一般的量子信道鲜有体系化的方案。

技术实现思路

1、本公开提供了一种量子信道经典容量的估计方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

2、根据本公开的一方面，提供了一种量子信道经典容量的估计方法，包括：确定m个n量子比特的第一量子态，其中n为所述量子信道的量子比特数，m为预设的系综中量子态的个数，m、n为正整数，其中所述m个第一量子态中的每一个第一量子态均包括可调参数；对所述m个第一量子态中的可调参数进行初始化；迭代执行以下操作多次，以最小化损失函数：基于参数确定的所述m个第一量子态，通过半正定规划方法确定所述量子信道的霍列沃容量存在最大值时所述系综的m个概率值，其中所述m个概率值与所述m个第一量子态一一对应，所述霍列沃信息基于所述系综确定；基于所述m个概率值，通过最小化所述损失函数对所述m个第一量子态中的可调参数进行优化，其中，所述损失函数基于所述霍列沃信息确定；以及确定最小化所述损失函数后所获得的所述量子信道的霍列沃信息，作为所述量子信道经典容量的估计值。

3、根据本公开的另一方面，提供了一种基于量子信道的信息传输方法，包括：获取所述量子信道的霍列沃信息所对应的系综；获取待传输的经典信息，以将所述经典信息编码到所述系综中对应的量子态上；将所述编码得到的量子态通过所述量子信道进行传输，以获得传输后的量子态；以及对所述传输后的量子态进行解码，以获得传输后的经典信息，所述霍列沃信息所对应的系综基于前面所述的方法优化得到。

4、根据本公开的另一方面，提供了一种量子信道经典容量的估计装置，包括：第一确定单元，配置为确定m个n量子比特的第一量子态，其中n为所述量子信道的量子比特数，m为预设的系综中量子态的个数，m、n为正整数，其中所述m个第一量子态中的每一个第一量子态均包括可调参数；初始化单元，配置为对所述m个第一量子态中的可调参数进行初始化；迭代单元，配置为迭代执行以下操作多次，以最小化损失函数：基于参数确定的所述m个第一量子态，通过半正定规划方法确定所述量子信道的霍列沃容量存在最大值时所述系综的m个概率值，其中所述m个概率值与所述m个第一量子态一一对应，所述霍列沃信息基于所述系综确定；基于所述m个概率值，通过最小化所述损失函数对所述m个第一量子态中的可调参数进行优化，其中，所述损失函数基于所述霍列沃信息确定；以及第二确定单元，配置为确定最小化所述损失函数后所获得的所述量子信道的霍列沃信息，作为所述量子信道经典容量的估计值。

5、根据本公开的另一方面，提供了一种基于量子信道的信息传输装置，包括：获取单元，配置为获取所述量子信道的霍列沃信息所对应的系综；编码单元，配置为获取待传输的经典信息，以将所述经典信息编码到所述系综中对应的量子态上；传输单元，配置为将所述编码得到的量子态通过所述量子信道进行传输，以获得传输后的量子态；以及解码单元，配置为对所述传输后的量子态进行解码，以获得传输后的经典信息，所述霍列沃信息所对应的系综基于前面所述的方法优化得到。

6、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。

7、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。

8、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。

9、根据本公开的一个或多个实施例，适用于一般量子信道的经典容量估算方法，通过梯度下降法和半正定规划结合优化描述输入系综的参数，利用较少的计算资源高效地得到量子信道霍列沃容量的估算结果。

10、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。

技术特征：

1.一种量子信道经典容量的估计方法，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其中，确定m个n量子比特的第一量子态包括：

3.如权利要求1所述的方法，其中，基于以下公式确定所述损失函数：

4.如权利要求1所述的方法，其中，通过梯度下降法调节所述m个第一量子态中的可调参数，以最小化所述损失函数。

5.一种基于量子信道的信息传输方法，包括：

6.如权利要求5所述的方法，其中，通过半正定规划确定分辨所述传输后的量子态的方式，以基于所确定的方式对所述传输后的量子态进行解码。

7.一种量子信道经典容量的估计装置，包括：

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述第一确定单元包括：

9.如权利要求7所述的装置，其中，基于以下公式确定所述损失函数：

10.如权利要求7所述的装置，其中，通过梯度下降法调节所述m个第一量子态中的可调参数，以最小化所述损失函数。

11.一种基于量子信道的信息传输装置，包括：

12.如权利要求11所述的装置，其中，通过半正定规划确定分辨所述传输后的量子态的方式，以基于所确定的方式对所述传输后的量子态进行解码。

13.一种电子设备，包括：

14.一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1-6中任一项所述的方法。

15.一种计算机程序产品，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1-6中任一项所述的方法。

技术总结
本公开提供了一种量子信道经典容量的估计方法、装置、电子设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，涉及计算机领域，尤其涉及量子计算机技术领域。实现方案为：确定m个m量子比特的第一量子态，m个第一量子态中的每一个第一量子态均包括可调参数；对m个第一量子态中的可调参数进行初始化；迭代执行以下操作多次，以最小化损失函数：基于参数确定的m个第一量子态，通过半正定规划方法确定量子信道的霍列沃容量存在最大值时系综的m个概率值；基于m个概率值，通过最小化损失函数对m个第一量子态中的可调参数进行优化，损失函数基于霍列沃信息确定；以及确定最小化损失函数后所获得的量子信道的霍列沃信息，作为量子信道经典容量的估计值。

技术研发人员：王鑫,李罗臻,幺宏顺
受保护的技术使用者：北京百度网讯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11