量子信道编码搜索方法、装置及电子设备与流程

本公开涉及量子计算，尤其涉及量子通信，具体涉及一种量子信道编码搜索方法、装置及电子设备。

背景技术：

1、随着量子信息科学的发展，量子通信是信息时代的一个备受瞩目的领域，其能够利用量子力学的特性，实现更加高效、安全且灵活的通信方式。量子通信的核心是通过量子信道对承载着信息的量子比特进行特定的操作和传输。量子信道是用于传输量子信息的媒介或通道，其可以是任何允许量子信息传输的物理系统或设备，例如光纤、自由空间等。然而，这些信道在信息传输过程中可能会受到干扰和噪声的影响，因此，量子信道编码技术对于信息传输的可靠性和安全性至关重要。

2、在实际情况中，想要充分利用给定的量子信道优势，就需要找到特定的适合该量子信道的量子信道编码方案，然而，想要找到一个优质的量子编码方案是一个比较困难的事情。目前，可以通过在已知的量子信道编码方案中寻找相对较优的量子信道编码方案，但搜索空间较小，搜索得到的量子编码通信效率比较差。

技术实现思路

1、本公开提供了一种量子信道编码搜索方法、装置及电子设备。

2、根据本公开的第一方面，提供了一种量子信道编码搜索方法，包括：

3、获取目标信息，所述目标信息包括：第一量子信道的第一结构信息、参数化量子电路的第二结构信息和目标参数、以及表征所述第一量子信道的编码方案的第一量子态；

4、在所述第一量子态上作用所述参数化量子电路的幺正变换，得到表征所述第一量子信道的编码方案的第二量子态；所述幺正变换是基于所述第二结构信息和目标参数构造的；

5、基于所述第一结构信息和所述第二量子态，确定所述参数化量子电路的损失函数的值，所述损失函数与所述第一量子信道在所述第二量子态对应编码方案下的量子信道相干信息呈反比关系；

6、基于所述损失函数的值，对所述参数化量子电路的目标参数进行迭代更新；

7、在所述目标参数迭代更新完成的情况下，确定所述第一量子信道的第一目标编码方案，表征所述第一目标编码方案的量子态为将所述第一量子态上作用所述目标参数下的参数化量子电路的幺正变换得到的量子态。

8、根据本公开的第二方面，提供了一种量子信道编码搜索装置，包括：

9、获取模块，用于获取目标信息，所述目标信息包括：第一量子信道的第一结构信息、参数化量子电路的第二结构信息和目标参数、以及表征所述第一量子信道的编码方案的第一量子态；

10、变换模块，用于在所述第一量子态上作用所述参数化量子电路的幺正变换，得到表征所述第一量子信道的编码方案的第二量子态；所述幺正变换是基于所述第二结构信息和目标参数构造的；

11、第一确定模块，用于基于所述第一结构信息和所述第二量子态，确定所述参数化量子电路的损失函数的值，所述损失函数与所述第一量子信道在所述第二量子态对应编码方案下的量子信道相干信息呈反比关系；

12、迭代更新模块，用于基于所述损失函数的值，对所述参数化量子电路的目标参数进行迭代更新；

13、第二确定模块，用于在所述目标参数迭代更新完成的情况下，确定所述第一量子信道的第一目标编码方案，表征所述第一目标编码方案的量子态为将所述第一量子态上作用所述目标参数下的参数化量子电路的幺正变换得到的量子态。

14、根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

15、至少一个处理器；以及

16、与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

17、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第一方面中的任一项方法。

18、根据本公开的第四方面，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第一方面中的任一项方法。

19、根据本公开的第五方面，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第一方面中的任一项方法。

20、根据本公开的技术解决了相关技术中在已知的量子信道编码方案中寻找相对较优的量子信道编码方案存在搜索空间小而使得搜索得到的量子编码通信效率比较差的问题，可以提高量子信道的信息传输效率。

21、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：

1.一种量子信道编码搜索方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一量子信道是n个第二量子信道并联传输的量子信道，所述第一量子信道在所述第一目标编码方案下的信息传输效率大于所述第二量子信道传输n次的信息传输效率，n为大于1的正整数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一量子信道的数量包括m个，每个第一量子信道均是由同一类型的第三量子信道并联而成，不同第一量子信道对应的第三量子信道不同，m为大于1的正整数，所述方法还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述损失函数基于所述第一量子信道在所述第二量子态对应编码方案下的量子信道相干信息的负值确定。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述损失函数c(θ)＝-2k*l*i(n,ψ(θ))；其中，θ为目标参数，l为所述参数化量子电路的电路深度，k为所述参数化量子电路的量子比特数目，i(n,ψ(θ))为所述第一量子信道n在所述第二量子态ψ(θ)对应编码方案下的量子信道相干信息。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一量子信道在所述第二量子态对应编码方案下的量子信道相干信息为第三量子态和第四量子态的量子相对熵，所述第三量子态是基于所述第一量子信道的输入态在第一量子系统上的恒等映射和目标输出态的张量积运算得到，所述第四量子态是由目标输出态在所述第一量子系统上作用至单位矩阵的映射所得到，所述目标输出态是所述第一量子信道在所述第二量子态对应编码方案下的输出态，所述第一量子信道的输入态包括第一量子系统和第二量子系统，所述第一量子信道为所述第二量子系统上的量子信道。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数化量子电路的第二结构信息通过以下方式获取：

8.根据权利要求1所述的方法，所述确定所述第一量子信道的第一目标编码方案之后，还包括：

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述参数化量子电路包括以下任一电路结构：

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述损失函数的值，对所述参数化量子电路的目标参数进行迭代更新，包括：

11.一种量子信道编码搜索装置，包括：

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一量子信道是n个第二量子信道并联传输的量子信道，所述第一量子信道在所述第一目标编码方案下的信息传输效率大于所述第二量子信道传输n次的信息传输效率，n为大于1的正整数。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一量子信道的数量包括m个，每个第一量子信道均是由同一类型的第三量子信道并联而成，不同第一量子信道对应的第三量子信道不同，m为大于1的正整数，所述装置还包括：

14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述损失函数基于所述第一量子信道在所述第二量子态对应编码方案下的量子信道相干信息的负值确定。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述损失函数c(θ)＝-2k*l*i(n,ψ(θ))；其中，θ为目标参数，l为所述参数化量子电路的电路深度，k为所述参数化量子电路的量子比特数目，i(n,ψ(θ))为所述第一量子信道n在所述第二量子态ψ(θ)对应编码方案下的量子信道相干信息。

16.根据权利要求11所述的装置，其中，所述第一量子信道在所述第二量子态对应编码方案下的量子信道相干信息为第三量子态和第四量子态的量子相对熵，所述第三量子态是基于所述第一量子信道的输入态在第一量子系统上的恒等映射和目标输出态的张量积运算得到，所述第四量子态是由目标输出态在所述第一量子系统上作用至单位矩阵的映射所得到，所述目标输出态是所述第一量子信道在所述第二量子态对应编码方案下的输出态，所述第一量子信道的输入态包括第一量子系统和第二量子系统，所述第一量子信道为所述第二量子系统上的量子信道。

17.根据权利要求11所述的装置，其中，所述参数化量子电路的第二结构信息通过以下方式获取：

18.根据权利要求11所述的装置，还包括：

19.根据权利要求11所述的装置，其中，所述参数化量子电路包括以下任一电路结构：

20.根据权利要求11所述的装置，其中，所述迭代更新模块，具体用于：

21.一种电子设备，包括：

22.一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1-10中任一项所述的方法。

23.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-10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编码搜索方法、装置及电子设备，涉及量子计算技术领域，具体涉及量子通信技术领域。具体实现方案为：获取第一量子信道的第一结构信息、参数化量子电路的第二结构信息和目标参数、以及第一量子态；在第一量子态上作用参数化量子电路的幺正变换，得到第二量子态；基于第一结构信息和第二量子态，确定参数化量子电路的损失函数的值，损失函数与第一量子信道在第二量子态对应编码方案下的量子信道相干信息呈反比关系；基于损失函数的值，对参数化量子电路的目标参数进行迭代更新；输出第一量子信道的第一目标编码方案，表征第一目标编码方案的量子态为将第一量子态上作用目标参数下的参数化量子电路的幺正变换得到的量子态。

技术研发人员：陆宇晨,方堃
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：2024/3/21