本發(fā)明涉及一種用于生成用于測(cè)量量子計(jì)算機(jī)的量子元素的狀態(tài)的控制信號(hào)的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。此外，本發(fā)明涉及一種用于使用這些控制信號(hào)在量子計(jì)算機(jī)上執(zhí)行量子力學(xué)計(jì)算的系統(tǒng)。進(jìn)一步地，本發(fā)明涉及一種用于利用上述用于生成用于測(cè)量量子計(jì)算機(jī)的量子元素的狀態(tài)的控制信號(hào)的裝置、方法和/或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)確定問(wèn)題的解的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。此外，本發(fā)明涉及一種用于利用上述方法、裝置和/或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品來(lái)確定化學(xué)產(chǎn)物的目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性的裝置、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、量子計(jì)算機(jī)通常是一種全新的計(jì)算系統(tǒng)，其允許利用量子力學(xué)系統(tǒng)的特殊行為來(lái)執(zhí)行問(wèn)題計(jì)算，而在適當(dāng)?shù)那闆r下，普通計(jì)算機(jī)無(wú)法在任何合理的時(shí)間內(nèi)或以合理的資源完成這些問(wèn)題計(jì)算。此外，已經(jīng)表明量子計(jì)算機(jī)尤其適合于求解與量子力學(xué)世界相關(guān)的問(wèn)題，即，可以被轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述的問(wèn)題。這種問(wèn)題涉及例如電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題、分子問(wèn)題、凝聚態(tài)問(wèn)題等。這種問(wèn)題的解在化學(xué)產(chǎn)物優(yōu)化和設(shè)計(jì)的背景下特別有用。然而，物理量子力學(xué)系統(tǒng)的描述之外的問(wèn)題也可以被轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述，例如，編碼和解碼問(wèn)題、復(fù)雜分析問(wèn)題、優(yōu)化問(wèn)題等。這種問(wèn)題的轉(zhuǎn)換示例通?？梢岳缭赼.montanaro,a.的文章“quantumalgorithms:an?overview[量子算法：概述]”,npj?quantum?information《npj量子信息》,第2卷,第1至8頁(yè)(2016)中找到。

2、然而，量子計(jì)算機(jī)的缺點(diǎn)是，為了確定問(wèn)題的解，不僅必須通過(guò)應(yīng)用相應(yīng)的控制脈沖及后續(xù)相應(yīng)的硬件特定讀出協(xié)議來(lái)測(cè)量每個(gè)量子元素的狀態(tài)，而且進(jìn)一步地，這種量子力學(xué)測(cè)量本質(zhì)上是統(tǒng)計(jì)過(guò)程，因此為了獲得有意義的量子計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果，必須對(duì)每個(gè)量子元素在多次重復(fù)的狀態(tài)制備上的測(cè)量值進(jìn)行平均。所需的測(cè)量次數(shù)通常會(huì)隨著問(wèn)題的大小和結(jié)果的所需準(zhǔn)確度而顯著增加，因此執(zhí)行這些測(cè)量的工作量可能會(huì)極大地限制量子計(jì)算機(jī)計(jì)算對(duì)具有較大問(wèn)題大小的問(wèn)題的適用性。因此，如果可以提供減少測(cè)量量子計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果所需的工作量(即，測(cè)量量)的可能性，則將是有利的。這種可能性將允許將量子計(jì)算機(jī)計(jì)算應(yīng)用于對(duì)化學(xué)應(yīng)用重要的問(wèn)題，并且允許在這種背景下不僅更快地、用更少的計(jì)算資源而且更準(zhǔn)確地求解問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供裝置、方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，這些裝置、方法、系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品允許減少提供量子計(jì)算機(jī)計(jì)算的解、特別是可利用量子計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述的問(wèn)題的解所需的工作量，特別是狀態(tài)制備的次數(shù)。此外，這些裝置、系統(tǒng)、方法和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品允許計(jì)算與化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物相關(guān)的問(wèn)題，這些問(wèn)題具有增加的復(fù)雜性和/或問(wèn)題大小，從而允許量子計(jì)算機(jī)在該技術(shù)領(lǐng)域中的更廣泛應(yīng)用，這可以導(dǎo)致為化學(xué)工業(yè)提供更準(zhǔn)確、更快速、利用更少計(jì)算資源的解決方案。

2、在本發(fā)明的第一方面，提出了一種用于生成用于測(cè)量量子計(jì)算機(jī)的量子元素的狀態(tài)的控制信號(hào)的裝置，其中，所測(cè)量的狀態(tài)指示可觀測(cè)值，這些可觀測(cè)值指示可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述的問(wèn)題的解，其中，該裝置包括i)問(wèn)題提供單元，該問(wèn)題提供單元用于提供指示要求解的該問(wèn)題的問(wèn)題描述，其中，該問(wèn)題描述可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述，ii)變換單元，該變換單元用于將該問(wèn)題描述變換為量子力學(xué)表示，該量子力學(xué)表示包括一個(gè)或多個(gè)算符，該一個(gè)或多個(gè)算符表示指示該問(wèn)題的解的一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值，其中，該變換進(jìn)一步包括確定幺正變換，這些幺正變換將表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的該一個(gè)或多個(gè)算符旋轉(zhuǎn)成在應(yīng)用這些幺正變換之后產(chǎn)生該一個(gè)或多個(gè)算符的純占據(jù)數(shù)表示的一個(gè)或多個(gè)基，iii)轉(zhuǎn)換單元，該轉(zhuǎn)換單元用于將該量子力學(xué)表示轉(zhuǎn)換成量子算法描述，該量子算法描述包括要應(yīng)用于該量子計(jì)算機(jī)的量子元素的量子操作序列，其中，該量子操作序列包括a)制備部分，該制備部分包括量子操作，這些量子操作用于在該量子計(jì)算機(jī)上制備該量子力學(xué)表示，使得指示該問(wèn)題的解的可觀測(cè)值是可測(cè)量的，以及b)測(cè)量部分，該測(cè)量部分包括量子操作，這些量子操作用于在制備該量子力學(xué)表示之后通過(guò)測(cè)量這些量子元素的狀態(tài)來(lái)測(cè)量這些可觀測(cè)值，其中，這些測(cè)量操作包括要應(yīng)用于量子元素的幺正變換操作，其中，該轉(zhuǎn)換包括基于所確定的幺正變換來(lái)確定這些幺正變換操作，使得這些幺正變換操作啟動(dòng)這些量子元素的狀態(tài)向與產(chǎn)生表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的該一個(gè)或多個(gè)算符的純占據(jù)數(shù)表示的該一個(gè)或多個(gè)基相對(duì)應(yīng)的相應(yīng)基態(tài)的旋轉(zhuǎn)，以及iv)控制信號(hào)生成單元，該控制信號(hào)生成單元用于生成控制信號(hào)，這些控制信號(hào)用于控制將所確定的量子操作序列應(yīng)用于該量子計(jì)算機(jī)，從而制備該問(wèn)題的量子力學(xué)表示，并根據(jù)該量子算法描述測(cè)量指示該問(wèn)題的解的可觀測(cè)值。

3、由于問(wèn)題描述的表示是通過(guò)包括幺正變換操作的測(cè)量操作來(lái)變換的，這些幺正變換操作啟動(dòng)量子元素的狀態(tài)向與產(chǎn)生表示要測(cè)量的可觀測(cè)值的算符的純占據(jù)數(shù)表示的一個(gè)或多個(gè)基相對(duì)應(yīng)的基態(tài)的旋轉(zhuǎn)，因此可以同時(shí)測(cè)量表示可觀測(cè)值的量子元素的狀態(tài)。這大大減少了確定量子計(jì)算機(jī)計(jì)算的結(jié)果所需的狀態(tài)制備和測(cè)量、特別是非同時(shí)測(cè)量的次數(shù)。因此，更大問(wèn)題(例如，更大分子)的計(jì)算、更準(zhǔn)確的計(jì)算(例如，考慮更多的變量)或者更快、資源密集度更低的小問(wèn)題計(jì)算成為可能。

4、一般來(lái)說(shuō)，該裝置可以以軟件或硬件或其組合的形式實(shí)現(xiàn)，其中，硬件可以指任何已知的專用或通用的經(jīng)典計(jì)算機(jī)硬件。例如，該裝置可以被實(shí)現(xiàn)為任何已知的計(jì)算設(shè)備，如pc。然而，該裝置還可以被實(shí)現(xiàn)為云環(huán)境，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)等，使得該裝置的至少一部分也可以被實(shí)現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)解決方案，從而可以分布在多個(gè)計(jì)算設(shè)備上。該裝置被適配成提供可以提供給任何已知的量子計(jì)算機(jī)硬件架構(gòu)(即，可由其解釋)的控制信號(hào)。

5、該問(wèn)題通?？梢灾缚赊D(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述并且因此可以在量子計(jì)算機(jī)上計(jì)算的任何問(wèn)題。然而，優(yōu)選的是，該問(wèn)題與化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物相關(guān)，例如，該問(wèn)題的解可以用于確定化學(xué)產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性，或者該問(wèn)題的解可以用于優(yōu)化用于生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)物的化學(xué)反應(yīng)。在本發(fā)明中可以有利地求解的這種問(wèn)題的示例可以指計(jì)算分子或通用電子系統(tǒng)的基態(tài)能量。特別地，這允許在確定化學(xué)反應(yīng)中出現(xiàn)的所有分子種類的基態(tài)能量的背景下預(yù)測(cè)反應(yīng)最終產(chǎn)物、反應(yīng)的熱力學(xué)特性和反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性。然后，可以再次利用這種認(rèn)識(shí)和反應(yīng)特性來(lái)優(yōu)化化學(xué)生產(chǎn)工藝、預(yù)測(cè)聚合物的微觀結(jié)構(gòu)、優(yōu)化材料性質(zhì)等。進(jìn)一步地，一個(gè)重要的問(wèn)題涉及確定固體的基態(tài)。例如，這允許預(yù)測(cè)磁性材料的磁晶各向異性，這對(duì)例如電動(dòng)機(jī)中的磁性材料是重要的。此外，該問(wèn)題還可以涉及計(jì)算化學(xué)產(chǎn)物的多極矩。這種計(jì)算可以與確定化學(xué)產(chǎn)物的與電特性相關(guān)的特性(例如，化學(xué)產(chǎn)物在電場(chǎng)中的行為)相關(guān)。此外，優(yōu)選的是，該問(wèn)題可轉(zhuǎn)換成指費(fèi)米子系統(tǒng)、特別是電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題的量子力學(xué)描述，因?yàn)閷?duì)于這種問(wèn)題，由該裝置執(zhí)行的方法特別適合并且允許特別減少必要的狀態(tài)制備和非同時(shí)測(cè)量的次數(shù)。

6、問(wèn)題提供單元被適配成提供指示可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述的問(wèn)題的問(wèn)題描述。特別地，問(wèn)題提供單元可以指其上已經(jīng)存儲(chǔ)了問(wèn)題描述的存儲(chǔ)單元。然而，問(wèn)題提供單元還可以包括輸入單元，例如，用戶可以利用該輸入單元向問(wèn)題提供單元指示問(wèn)題的問(wèn)題描述。問(wèn)題描述可以指任何形式的問(wèn)題描述，其允許確定描述問(wèn)題的量以及這些量之間相互作用的形式。優(yōu)選地，問(wèn)題描述是指問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述。然而，問(wèn)題描述還可以指問(wèn)題的任何其他明確的符號(hào)形式。在優(yōu)選實(shí)施例中，問(wèn)題描述已經(jīng)以量子力學(xué)描述的形式提供，其中，量子力學(xué)描述以遵循量子力學(xué)規(guī)則的量來(lái)表示問(wèn)題，即，是指問(wèn)題在量子力學(xué)世界中的表示。然而，問(wèn)題描述也可以以任何其他形式提供，其中，在這種情況下，優(yōu)選的是，提供單元被適配成在將問(wèn)題描述提供給變換單元之前，將所提供的問(wèn)題描述轉(zhuǎn)換為量子力學(xué)問(wèn)題描述。然而，這種轉(zhuǎn)換也可以省略，其中，在這種情況下，變換單元和轉(zhuǎn)換單元優(yōu)選地被適配成相應(yīng)地處理問(wèn)題描述的相應(yīng)形式，例如，通過(guò)利用從在量子力學(xué)描述中對(duì)問(wèn)題描述的處理中得出的原理，或者相應(yīng)地轉(zhuǎn)換問(wèn)題描述。

7、變換單元被配置為將問(wèn)題描述變換為量子力學(xué)表示，該量子力學(xué)表示包括表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的一個(gè)或多個(gè)算符。特別地，量子力學(xué)表示是指問(wèn)題描述的量子力學(xué)描述的至少一部分的表示，其可以在量子計(jì)算機(jī)上制備，并且允許基于所測(cè)量的量子計(jì)算機(jī)的量子元素的狀態(tài)來(lái)確定問(wèn)題的解。通常，取決于問(wèn)題，用于將相應(yīng)問(wèn)題變換為在量子計(jì)算機(jī)上制備的量子力學(xué)表示以確定問(wèn)題的解的方法是眾所周知的。用于一些一般和特定問(wèn)題的這些已知方法的示例可以在文章“quantum?computational?chemistry[量子計(jì)算化學(xué)]”,s.mcardle等人,rev.mod.phys.92,(2020)，“quantum?algorithms?for?quantumchemistry?and?quantum?materials?science[用于量子化學(xué)和量子材料科學(xué)的量子算法]”,b.bauer等人,chem.rev.(2020)，以及“quantum?chemistry?in?the?age?of?quantumcomputing[量子計(jì)算時(shí)代的量子化學(xué)]”,y.cao等人,chem.rev.(2019)中找到。特別地，量子力學(xué)表示包括表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的一個(gè)或多個(gè)算符，即，量子力學(xué)算符。通常，可觀測(cè)值是指可測(cè)量的量，例如，位置、動(dòng)量、能量、磁矩等，并且在量子力學(xué)中與算符相關(guān)聯(lián)，例如，可觀測(cè)能量與哈密頓(hamiltonian)算符相關(guān)聯(lián)，哈密頓算符表示在hilbert空間中的可觀測(cè)值，在hilbert空間中制定了量子力學(xué)表示。變換不僅包括確定可以在量子計(jì)算機(jī)上制備的一般量子力學(xué)表示，而且進(jìn)一步包括確定幺正變換，這些幺正變換將表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的一個(gè)或多個(gè)算符旋轉(zhuǎn)成在應(yīng)用這些幺正變換之后產(chǎn)生該一個(gè)或多個(gè)算符的純占據(jù)數(shù)表示的一個(gè)或多個(gè)基。通常，幺正變換是指保留兩個(gè)量的內(nèi)積的變換。特別地，幺正變換改變了一個(gè)或多個(gè)算符的基，但不改變由算符表示的可觀測(cè)值。因此，在應(yīng)用幺正變換之后，仍將測(cè)量可觀測(cè)值的相同值。提供問(wèn)題描述的變換，該變換產(chǎn)生包括純占據(jù)數(shù)表示中的算符的量子力學(xué)表示，其優(yōu)點(diǎn)在于，可以同時(shí)執(zhí)行在量子計(jì)算機(jī)上對(duì)這些算符表示的可觀測(cè)值的測(cè)量。通常，純占據(jù)數(shù)表示是指包括可以在量子計(jì)算機(jī)上同時(shí)測(cè)量的可觀測(cè)值的問(wèn)題描述?？赏瑫r(shí)測(cè)量的可觀測(cè)值具有量子力學(xué)表示，其中，i)可觀測(cè)值是兼容的，即，它們?cè)诎孔恿W(xué)描述的hilbert空間中具有共同的基，即，表示可觀測(cè)值的算符可對(duì)易，并且ii)表示可觀測(cè)值的泡利算符具有共同的測(cè)量基。示例是電子的數(shù)算符，這些數(shù)算符可以使用jordan-wigner變換由泡利z算符來(lái)表示，從而滿足這兩個(gè)要求。

8、通常，在問(wèn)題描述不是以量子力學(xué)描述的形式提供的情況下，變換單元優(yōu)選地進(jìn)一步被適配成在確定量子力學(xué)表示之前相應(yīng)地轉(zhuǎn)換該問(wèn)題描述，例如，以將該問(wèn)題描述映射到通?？梢杂上鄳?yīng)選擇的量子計(jì)算機(jī)模擬的量子力學(xué)系統(tǒng)的描述，例如，通過(guò)將該問(wèn)題描述映射到量子力學(xué)系統(tǒng)的哈密頓量，該哈密頓量定義了與該問(wèn)題描述類似的量之間的關(guān)系和對(duì)這些量的影響。因此，例如，涉及優(yōu)化用于生產(chǎn)產(chǎn)物的生產(chǎn)參數(shù)(如溫度、壓力、流速等)的領(lǐng)域的優(yōu)化問(wèn)題可以被轉(zhuǎn)換成表示量子計(jì)算機(jī)的量子力學(xué)世界中的問(wèn)題的量子力學(xué)描述。在這種情況下，例如，可以將ising模型用于該轉(zhuǎn)換。然而，如果該問(wèn)題已經(jīng)涉及量子力學(xué)問(wèn)題，例如，電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題，則可以省略將該問(wèn)題轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述的這個(gè)具體步驟。通常，變換單元可以被適配成基于針對(duì)特定問(wèn)題類別的預(yù)定規(guī)則或預(yù)定模型來(lái)轉(zhuǎn)換問(wèn)題描述，或者可以被適配成基于用戶輸入在交互過(guò)程中轉(zhuǎn)換問(wèn)題描述。在交互過(guò)程的情況下，例如，可以向用戶提供用戶界面，該用戶界面允許用戶選擇不同的問(wèn)題類別(如優(yōu)化問(wèn)題、電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題等)以確定所提供的問(wèn)題的類別，并且可以進(jìn)一步選擇將被應(yīng)用于轉(zhuǎn)換所提供的問(wèn)題的相應(yīng)規(guī)則集或模型。然而，用戶界面還可以促進(jìn)其他交互以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行轉(zhuǎn)換。此外，為了轉(zhuǎn)換所提供的問(wèn)題，轉(zhuǎn)換單元還可以被適配成訪問(wèn)其上已經(jīng)存儲(chǔ)了針對(duì)特定問(wèn)題的轉(zhuǎn)換的存儲(chǔ)裝置，例如，針對(duì)之前例如針對(duì)不同的參數(shù)已經(jīng)求解過(guò)的問(wèn)題。

9、然后，轉(zhuǎn)換單元被配置為將問(wèn)題的量子力學(xué)表示轉(zhuǎn)換成量子算法描述，該量子算法描述包括要應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)的量子元素的量子操作序列。術(shù)語(yǔ)“量子元素”可以指量子計(jì)算機(jī)的基本構(gòu)建塊。在量子計(jì)算的上下文中，這些元素通?？梢员环Q為量子比特。量子比特可以是經(jīng)典比特的量子模擬。雖然經(jīng)典比特可以表示0或1，但由于量子力學(xué)的原理，量子比特可以同時(shí)存在于兩種狀態(tài)的疊加中。量子比特可以使用各種物理系統(tǒng)(比如原子、離子、超導(dǎo)電路或光子)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些物理系統(tǒng)可以提供一種操縱和測(cè)量量子比特的量子態(tài)的方法。

10、通常，操作由量子計(jì)算機(jī)通過(guò)操縱量子計(jì)算機(jī)的量子元素的狀態(tài)來(lái)執(zhí)行，其中，量子元素可以指量子計(jì)算機(jī)中用于模擬問(wèn)題的所有元素，例如指形成量子計(jì)算機(jī)的量子比特的量子元素。由轉(zhuǎn)換單元確定的量子操作序列包括制備部分和測(cè)量部分。通常，制備部分包括用于在量子計(jì)算機(jī)上制備問(wèn)題的量子力學(xué)表示的量子操作，使得指示問(wèn)題的解的可觀測(cè)值是可測(cè)量的。用于確定可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)表示的問(wèn)題的這種操作的一般方法是眾所周知的，并且可以由轉(zhuǎn)換單元用于確定量子操作的制備部分。用于一些一般和特定問(wèn)題的這些已知方法的示例可以在文章“quantum?computational?chemistry[量子計(jì)算化學(xué)]”,s.mcardle等人,rev.mod.phys.92,(2020)，“quantum?algorithms?for?quantumchemistry?and?quantum?materials?science[用于量子化學(xué)和量子材料科學(xué)的量子算法]”,b.bauer等人,chem.rev.(2020)，以及“quantum?chemistry?in?the?age?of?quantumcomputing[量子計(jì)算時(shí)代的量子化學(xué)]”,y.cao等人,chem.rev.(2019)中找到。

11、量子操作的測(cè)量部分包括用于在制備量子力學(xué)表示之后通過(guò)測(cè)量量子元素的狀態(tài)來(lái)測(cè)量量子力學(xué)表示的可觀測(cè)值的量子操作。這些測(cè)量操作包括要應(yīng)用于量子元素的幺正變換操作。這些幺正變換操作是基于變換單元確定的幺正變換來(lái)確定的，使得幺正變換操作啟動(dòng)量子元素的狀態(tài)向與產(chǎn)生如變換單元所確定的表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的一個(gè)或多個(gè)算符的純占據(jù)數(shù)表示的一個(gè)或多個(gè)基相對(duì)應(yīng)的相應(yīng)基態(tài)的旋轉(zhuǎn)。因此，由變換單元確定的幺正變換被轉(zhuǎn)換單元用于確定幺正變換操作，并且用于將處于由量子力學(xué)表示指示的狀態(tài)、特別是在應(yīng)用操作序列的制備部分之后的狀態(tài)的量子元素帶入表示一個(gè)或多個(gè)算符的純占據(jù)數(shù)表示的狀態(tài)，該一個(gè)或多個(gè)算符表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值。通常，幺正變換操作的應(yīng)用會(huì)改變量子元素的狀態(tài)，使得量子元素的狀態(tài)在產(chǎn)生純占據(jù)數(shù)表示的基下表示可觀測(cè)值。然而，量子元素的狀態(tài)的測(cè)量提供了關(guān)于問(wèn)題的解的相同結(jié)果，即，不改變可觀測(cè)值的待確定值。然而，改變基允許基于量子計(jì)算機(jī)上量子力學(xué)表示的相同制備同時(shí)讀出(即，測(cè)量)量子元素的狀態(tài)，而不是針對(duì)每個(gè)可觀測(cè)值重新多次制備量子計(jì)算機(jī)來(lái)測(cè)量由量子元素的狀態(tài)表示的可觀測(cè)值。這允許大幅減少量子計(jì)算機(jī)計(jì)算期間所需的測(cè)量制備次數(shù)。

12、控制信號(hào)生成單元被配置為生成控制信號(hào)，這些控制信號(hào)用于控制將所確定的量子操作序列應(yīng)用于量子計(jì)算機(jī)。特別地，生成控制信號(hào)，使得在量子計(jì)算機(jī)上制備問(wèn)題的量子力學(xué)表示，并且根據(jù)量子算法描述測(cè)量指示問(wèn)題的解的可觀測(cè)值。特別地，控制信號(hào)可以指直接控制量子計(jì)算機(jī)(例如，用于操縱量子元素的狀態(tài)的量子計(jì)算機(jī)的操縱單元)的信號(hào)，但是也可以指對(duì)量子計(jì)算機(jī)的間接控制，例如，通過(guò)將控制信號(hào)提供給量子計(jì)算機(jī)控制器，然后該量子計(jì)算機(jī)控制器將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成量子計(jì)算機(jī)的操縱部分的相應(yīng)控制動(dòng)作。因此，控制信號(hào)可以以可直接用于控制量子計(jì)算機(jī)或可由量子計(jì)算機(jī)控制器讀取并且然后可以被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制動(dòng)作的任何格式提供。

13、在實(shí)施例中，該變換單元被適配成通過(guò)以下方式來(lái)確定這些幺正變換：i)對(duì)要測(cè)量的該一個(gè)或多個(gè)可觀測(cè)值的一個(gè)或多個(gè)算符的張量表示應(yīng)用因式分解，以及ii)對(duì)該一個(gè)或多個(gè)算符的因式分解后的張量表示的所得矩陣項(xiàng)應(yīng)用對(duì)角化。在大多數(shù)應(yīng)用案例中，表示可觀測(cè)值的算符中的至少一些可以表示為張量。然后可以利用相應(yīng)的矩陣因式分解將張量分解為矩陣乘積的和。因此，通過(guò)因式分解，表示一個(gè)或多個(gè)算符的張量被分解成矩陣項(xiàng)的乘積。然后，可以對(duì)因式分解后的張量表示的這些矩陣項(xiàng)進(jìn)行對(duì)角化，以基于對(duì)角化矩陣項(xiàng)確定幺正變換。通常，變換單元可以利用已知算法來(lái)執(zhí)行因式分解和對(duì)角化。優(yōu)選地，為了將一個(gè)或多個(gè)算符的因式分解后的張量表示中的矩陣項(xiàng)對(duì)角化，變換單元被適配成針對(duì)因式分解后的張量表示的每個(gè)矩陣項(xiàng)確定特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量，并將要測(cè)量的可觀測(cè)值確定為算符的因式分解后的張量表示的對(duì)應(yīng)特征向量和特征值的表達(dá)式。因此，因式分解和對(duì)角化允許用特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量來(lái)表示表示可觀測(cè)值的算符。特別地，算符通過(guò)幺正變換旋轉(zhuǎn)到的基是指算符的因式分解后的張量表示的特征向量狀態(tài)。因此，可以通過(guò)確定允許將量子元素旋轉(zhuǎn)到狀態(tài)的操作來(lái)確定幺正變換操作，這些狀態(tài)是指因式分解后的張量表示的分別確定的特征向量狀態(tài)。

14、在優(yōu)選實(shí)施例中，問(wèn)題描述可轉(zhuǎn)換成問(wèn)題的相對(duì)論哈密頓描述。在這種情況下，優(yōu)選的是，變換單元被適配成應(yīng)用takagi因式分解來(lái)確定幺正變換?？商娲?，優(yōu)選的是，變換單元被適配成應(yīng)用主元cholesky因式分解來(lái)確定幺正變換。特別地，變換單元可以應(yīng)用這兩種因式分解方法來(lái)因式分解一個(gè)或多個(gè)算符的張量表示，例如，如上所述。此外，優(yōu)選的是，這兩種因式分解方法特別適用于指相對(duì)論哈密頓量的雙費(fèi)米子算符、特別是雙電子算符的算符。

15、在實(shí)施例中，變換單元被適配成將表示要測(cè)量的可觀測(cè)值的量子力學(xué)表示的算符分離成包括第一算符的第一部分和包括第二算符的第二部分，其中，變換單元被適配成將第二算符變換為僅包括表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的算符的純占據(jù)數(shù)表示的量子力學(xué)表示。通過(guò)將表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的算符分離成第一部分和第二部分，并且僅將第二算符變換為純占據(jù)數(shù)表示(例如，利用上述方法中的任一種)，例如，僅對(duì)變換最有利的量子力學(xué)表示的項(xiàng)(即，算符)執(zhí)行變換。特別地，第一部分和第二部分被確定為使得變換第二部分允許減少測(cè)量所需的制備的次數(shù)，而例如，第一部分的變換不會(huì)提供這樣的進(jìn)一步益處，即不會(huì)導(dǎo)致測(cè)量所需的制備的次數(shù)的進(jìn)一步減少。因此，通過(guò)相應(yīng)地確定第一部分和第二部分，變換和確定幺正變換所需的計(jì)算資源較少。優(yōu)選地，第一部分的第一算符可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)表示，該量子力學(xué)表示是指表示要測(cè)量的可觀測(cè)值的算符的純占據(jù)數(shù)表示。因此，如果可能的話，優(yōu)選的是，第一部分是指算符中已經(jīng)可轉(zhuǎn)換成純占據(jù)數(shù)表示而無(wú)需應(yīng)用如上所述的相應(yīng)變換的部分。因此，對(duì)于這一部分，不需要應(yīng)用幺正變換來(lái)改進(jìn)量子元素的狀態(tài)的測(cè)量。

16、在優(yōu)選實(shí)施例中，量子力學(xué)表示包括雙電子算符，其中，變換單元被適配成將雙電子算符變換為密度-密度相互作用的項(xiàng)。通常，變換為密度-密度相互作用的項(xiàng)的表示是占據(jù)數(shù)表示的示例，使得為了將雙電子算符變換為密度-密度相互作用的項(xiàng)，也可以利用上述方法，特別是導(dǎo)致確定特征值和特征向量的因式分解和對(duì)角化。然而，也可以利用允許將雙電子算符變換為密度-密度相互作用的項(xiàng)的其他方法。優(yōu)選地，變換單元被適配成通過(guò)利用單位分解(ri)近似將雙電子算符變換為密度-密度相互作用的項(xiàng)。這種方法允許在量子計(jì)算機(jī)上特別高效地測(cè)量雙電子算符。

17、在實(shí)施例中，量子力學(xué)表示包括指任意階約化密度矩陣和任意階張量的算符、特別是指任意階約化密度矩陣的具有期望值的算符，其中，變換單元被適配成在確定幺正變換之前對(duì)任意階張量進(jìn)行對(duì)稱化和/或埃爾米特化。特別地，與化學(xué)應(yīng)用相關(guān)的許多問(wèn)題包括如上所定義的這種算符。然后，對(duì)該張量進(jìn)行對(duì)稱化和/或埃爾米特化允許利用例如上述用于確定幺正變換的方法。因此，相應(yīng)張量的對(duì)稱化和/或埃爾米特化允許增加可以執(zhí)行相應(yīng)改進(jìn)的測(cè)量的問(wèn)題范圍。優(yōu)選地，變換單元被適配成進(jìn)一步對(duì)對(duì)稱化和/或埃爾米特化的任意階張量應(yīng)用低秩分解，以確定幺正變換。例如，低秩分解可以包括因式分解和對(duì)角化以及確定特征向量和特征值的步驟，如上文已經(jīng)描述的。

18、在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于在量子計(jì)算機(jī)上執(zhí)行量子力學(xué)計(jì)算的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括i)量子計(jì)算機(jī)，該量子計(jì)算機(jī)被適配成基于所提供的控制信號(hào)來(lái)執(zhí)行量子力學(xué)計(jì)算，以及ii)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，該裝置被適配成向該量子計(jì)算機(jī)提供控制信號(hào)以控制量子力學(xué)計(jì)算的執(zhí)行。

19、在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于生成用于測(cè)量量子計(jì)算機(jī)的量子元素的狀態(tài)的控制信號(hào)的計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，其中，所測(cè)量的狀態(tài)指示可觀測(cè)值，這些可觀測(cè)值指示可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述的問(wèn)題的解，其中，該方法包括i)提供指示要求解的該問(wèn)題的問(wèn)題描述，其中，該問(wèn)題描述可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述，ii)將該問(wèn)題描述變換為量子力學(xué)表示，該量子力學(xué)表示包括一個(gè)或多個(gè)算符，該一個(gè)或多個(gè)算符表示指示該問(wèn)題的解的一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值，其中，該變換進(jìn)一步包括確定幺正變換，這些幺正變換將表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的該一個(gè)或多個(gè)算符旋轉(zhuǎn)成在應(yīng)用這些幺正變換之后產(chǎn)生該一個(gè)或多個(gè)算符的純占據(jù)數(shù)表示的一個(gè)或多個(gè)基，iii)將該量子力學(xué)描述轉(zhuǎn)換成量子算法描述，該量子算法描述包括要應(yīng)用于該量子計(jì)算機(jī)的量子元素的量子操作序列，其中，該量子操作序列包括a)制備部分，該制備部分包括量子操作，這些量子操作用于在該量子計(jì)算機(jī)上制備該量子力學(xué)表示，使得指示該問(wèn)題的解的可觀測(cè)值是可測(cè)量的，以及b)測(cè)量部分，該測(cè)量部分包括量子操作，這些量子操作用于在制備該量子力學(xué)表示之后通過(guò)測(cè)量這些量子元素的狀態(tài)來(lái)測(cè)量這些可觀測(cè)值，其中，這些測(cè)量操作包括要應(yīng)用于量子元素的幺正變換操作，其中，該轉(zhuǎn)換包括基于所確定的幺正變換來(lái)確定這些幺正變換操作，使得這些幺正變換操作啟動(dòng)這些量子元素的狀態(tài)向與產(chǎn)生表示一個(gè)或多個(gè)要測(cè)量的可觀測(cè)值的該一個(gè)或多個(gè)算符的純占據(jù)數(shù)表示的該一個(gè)或多個(gè)基相對(duì)應(yīng)的相應(yīng)基態(tài)的旋轉(zhuǎn)，以及iv)提供控制信號(hào)，這些控制信號(hào)用于控制將所確定的量子操作序列應(yīng)用于該量子計(jì)算機(jī)，從而制備該問(wèn)題的量子力學(xué)表示，并根據(jù)該量子算法描述測(cè)量指示該問(wèn)題的解的可觀測(cè)值。

20、在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于生成用于測(cè)量量子計(jì)算機(jī)的量子元素的狀態(tài)的控制信號(hào)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括用于分別使如上所述的裝置或系統(tǒng)執(zhí)行如上所述的方法的程序代碼裝置。

21、在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于確定可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述的問(wèn)題的解的求解裝置，其中，該裝置包括i)如上所述的裝置，該裝置用于生成用于控制量子計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，ii)量子計(jì)算機(jī)接口單元，該量子計(jì)算機(jī)接口單元用于與量子計(jì)算機(jī)接口連接以向該量子計(jì)算機(jī)提供這些控制信號(hào)并接收所測(cè)量的可觀測(cè)值的結(jié)果，以及iii)確定單元，該確定單元被配置用于基于接收到的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定該問(wèn)題的解。

22、通常，基于接收到的測(cè)量結(jié)果的問(wèn)題的解可以以任何已知的方式來(lái)確定，特別是取決于特定問(wèn)題，并且特別是可以在經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)上執(zhí)行。此外，為了確定問(wèn)題的解，還可以利用混合計(jì)算方法，其中，基于在量子計(jì)算系統(tǒng)上測(cè)量可觀測(cè)值的結(jié)果，在經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)上執(zhí)行計(jì)算，并且這些經(jīng)典計(jì)算的結(jié)果再次用作量子計(jì)算機(jī)計(jì)算的輸入，例如，通過(guò)修正在量子計(jì)算機(jī)上求解的問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)變量，并且可觀測(cè)值的測(cè)量結(jié)果再次用于經(jīng)典計(jì)算系統(tǒng)上的進(jìn)一步計(jì)算。這種迭代可以用于提高問(wèn)題的解的準(zhǔn)確度，同時(shí)優(yōu)化用于計(jì)算問(wèn)題所需的計(jì)算資源。

23、在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于確定可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述的問(wèn)題的解的計(jì)算機(jī)實(shí)施的求解方法，其中，該方法包括i)使用如上所述的裝置、如上所述的方法和如上所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中的任一種來(lái)生成用于控制量子計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，ii)與量子計(jì)算機(jī)接口連接以向該量子計(jì)算機(jī)提供這些控制信號(hào)并接收所測(cè)量的可觀測(cè)值的結(jié)果，以及iii)基于所接收的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定該問(wèn)題的解。

24、在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于基于與化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物相關(guān)的問(wèn)題的解來(lái)確定該化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性的特性確定裝置，其中，該問(wèn)題可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述，其中，該裝置包括i)如上所述的裝置，該裝置用于生成控制量子計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，ii)量子計(jì)算機(jī)接口單元，該量子計(jì)算機(jī)接口單元用于與量子計(jì)算機(jī)接口連接以向該量子計(jì)算機(jī)提供這些控制信號(hào)并接收所測(cè)量的可觀測(cè)值的結(jié)果，以及iii)一個(gè)或多個(gè)處理器，該一個(gè)或多個(gè)處理器被配置用于基于接收到的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定該化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性。通常，化學(xué)產(chǎn)物可以指任何化學(xué)產(chǎn)物，例如，可以指物質(zhì)或物質(zhì)的混合物、分子、蛋白質(zhì)、聚合物等。特別地，化學(xué)產(chǎn)物可以是任何有機(jī)或無(wú)機(jī)化學(xué)產(chǎn)物、化學(xué)分子和/或生物產(chǎn)物。固體產(chǎn)物可以是任何固體產(chǎn)物，例如，金屬化合物、晶體等。特別地，固體產(chǎn)物可以是具有周期性晶格結(jié)構(gòu)的固體。優(yōu)選地，固體產(chǎn)物是半導(dǎo)體或超導(dǎo)體。

25、技術(shù)應(yīng)用特性通常可以指化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的允許評(píng)估在其生產(chǎn)后提供的相應(yīng)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)適用性的任何特性。優(yōu)選地，技術(shù)應(yīng)用特性包括機(jī)械特性、光譜特性、物理化學(xué)特性、化學(xué)特性和生物特性中的至少一種。通常，機(jī)械特性可以指以下中的任一種：粘附力、拉伸強(qiáng)度、剛度、硬度、收縮率、伸長(zhǎng)率、裂縫撕裂、撕裂強(qiáng)度、回彈、可壓縮性、磨損、溢出、形態(tài)、觸覺(jué)特性、斷裂應(yīng)力、斷裂伸長(zhǎng)率、粒度和填充度。光譜特性通?？梢园ㄒ韵轮械娜我环N：著色、濁度、不透明度、透明度、反射、外觀、吸收、散射、色強(qiáng)度(color?strength)、色調(diào)、色飽和度、色度(colourintensity)、濁點(diǎn)、消光度、光密度、光譜、折射率、ir光譜、拉曼光譜、nmr光譜、esr光譜和uv/vis光譜。此外，物理化學(xué)特性可以指以下中的任一種：密度、粘度、k值、摩爾質(zhì)量、分散性、摩爾質(zhì)量分布、粒度分布、溶解度、分配系數(shù)、界面特性、表面張力、可分散性、儲(chǔ)存穩(wěn)定性、氣味、離析、凝結(jié)、電導(dǎo)率、電容量、表面積、流動(dòng)時(shí)間、蒸氣壓、voc、固體含量、吸濕性、磁性、混溶性、觸變性、相變特性、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、腐蝕抑制、溶劑分離、聚集、自熱能力、撞擊感度、干燥失重、響應(yīng)角、靜電荷、最低成膜溫度、電荷密度、靜電多極矩和熱導(dǎo)率?；瘜W(xué)特性可以包括以下中的任一種：反應(yīng)熱力學(xué)、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、耐化學(xué)性、反應(yīng)時(shí)間、脫模時(shí)間、生長(zhǎng)、硬/軟段含量、結(jié)晶度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、分解、熱分解、光降解、酸度、pka、ph、水分/水含量、可燃性、燃燒速率、自燃、閃點(diǎn)、易燃?xì)怏w的形成、對(duì)火反應(yīng)、爆燃率、殘留單體計(jì)數(shù)、副產(chǎn)品形成、聚合度、鹽含量、耐溫性、氧化特性、還原特性、反應(yīng)性、灰分含量、不揮發(fā)性物質(zhì)含量、穩(wěn)定性、螯合能力、熱值、皂化值。此外，生物特性可以包括以下中的任一種：生物可降解性，生物抗性、特別是對(duì)病原性病毒、細(xì)菌、真菌、植物或動(dòng)物或所述病原體發(fā)育階段的抗性，對(duì)環(huán)境參數(shù)的耐受性例如耐旱性，對(duì)酶降解的耐受性例如蛋白酶抗性、脂肪酶抗性、淀粉酶抗性、水解酶抗性，殺有害生物劑抗性，毒性，生物轉(zhuǎn)化，生態(tài)毒理學(xué)，致敏性、特別是過(guò)敏性，細(xì)菌計(jì)數(shù)，酶活性，底物特異性，輔因子依賴性，產(chǎn)物特異性，底物和/或產(chǎn)物抑制，解離常數(shù)，米氏動(dòng)力學(xué)值，在以下不同項(xiàng)下或在以下不同項(xiàng)中的活性/穩(wěn)定性：ph，溫度，壓力，有機(jī)溶劑濃度，載體配制品，包封配制品；環(huán)境中的分布，區(qū)室化，生物積累，生物暴露ld50，誘變性。

26、通常，在該實(shí)施例中，如上所述的裝置針對(duì)其生成用于控制量子計(jì)算系統(tǒng)的控制信號(hào)的問(wèn)題可以指對(duì)其求解可以導(dǎo)致得到化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用特性(例如，上述技術(shù)應(yīng)用特性之一)的任何問(wèn)題。特別地，該問(wèn)題可以指電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題，其中，基于電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題的解，可以得到相應(yīng)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的多個(gè)另外的特性。在本發(fā)明中可以有利地求解的這種問(wèn)題的示例可以指計(jì)算分子或通用電子系統(tǒng)的基態(tài)能量。特別地，這允許在確定化學(xué)反應(yīng)中出現(xiàn)的所有分子種類的基態(tài)能量的背景下預(yù)測(cè)反應(yīng)最終產(chǎn)物、反應(yīng)的熱力學(xué)特性和反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特性。然后，可以再次利用這種認(rèn)識(shí)和反應(yīng)特性來(lái)優(yōu)化化學(xué)生產(chǎn)工藝、預(yù)測(cè)聚合物的微觀結(jié)構(gòu)、優(yōu)化材料性質(zhì)等。進(jìn)一步地，一個(gè)重要的問(wèn)題涉及確定固體的基態(tài)。例如，這允許預(yù)測(cè)磁性材料的磁晶各向異性，這對(duì)例如電動(dòng)機(jī)中的磁性材料是重要的。此外，該問(wèn)題還可以涉及計(jì)算化學(xué)產(chǎn)物的多極矩。這種計(jì)算可以與確定化學(xué)產(chǎn)物的與電特性相關(guān)的特性(例如，化學(xué)產(chǎn)物在電場(chǎng)中的行為)相關(guān)。因此，基于可觀測(cè)值的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定技術(shù)應(yīng)用特性的值是基于應(yīng)確定的相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用特性，并且進(jìn)一步基于由可觀測(cè)值的測(cè)量結(jié)果所指示的問(wèn)題的解提供的信息。

27、在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于基于與化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物相關(guān)的問(wèn)題的解來(lái)確定該化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性的計(jì)算機(jī)實(shí)施的特性確定方法，其中，該問(wèn)題可轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)描述，其中，該方法包括i)使用如上所述的裝置、如上所述的方法和如上所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中的任一種來(lái)生成用于控制量子計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，ii)與量子計(jì)算機(jī)接口連接以向該量子計(jì)算機(jī)提供這些控制信號(hào)并接收所測(cè)量的可觀測(cè)值的結(jié)果，以及iii)基于接收到的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定該化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性。

28、在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于確定包括目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性的目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的裝置，其中，該裝置包括i)輸入接口，該輸入接口被配置為提供目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性和潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物，以及ii)如上所述的裝置，該裝置用于基于該潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物和該目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性生成用于控制量子計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，iii)量子計(jì)算機(jī)接口單元，該量子計(jì)算機(jī)接口單元用于與量子計(jì)算機(jī)接口連接以向該量子計(jì)算機(jī)提供這些控制信號(hào)并接收要測(cè)量的可觀測(cè)值的結(jié)果，以及iii)一個(gè)或多個(gè)處理器，該一個(gè)或多個(gè)處理器被配置用于a)基于接收到的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定該潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性，以及b)將所確定的該潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性與該目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性進(jìn)行比較，并且基于該比較，i)將該潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物確定為該目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物，或ii)提供新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物并利用該新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物重復(fù)對(duì)技術(shù)應(yīng)用特性的確定，以及iv)輸出接口，該輸出接口被配置為提供用于生產(chǎn)所確定的目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的控制信號(hào)。

29、特別地，在此上下文中，由輸入接口執(zhí)行的提供可以指從應(yīng)用例如相應(yīng)輸入接口的用戶的輸入接收目標(biāo)應(yīng)用特性并將該目標(biāo)應(yīng)用特性提供給量子計(jì)算機(jī)接口。此外，該提供還可以指訪問(wèn)已經(jīng)存儲(chǔ)有目標(biāo)應(yīng)用特性的存儲(chǔ)單元并提供該目標(biāo)應(yīng)用特性。進(jìn)一步地，該提供還可以包括例如經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接從其他源接收目標(biāo)應(yīng)用特性，以及提供接收到的目標(biāo)應(yīng)用特性。通常，目標(biāo)應(yīng)用特性可以指一個(gè)目標(biāo)值，例如化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的特定硬度，也可以指化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物應(yīng)該符合的值范圍。此外，目標(biāo)應(yīng)用特性還可以指任何類型的目標(biāo)函數(shù)，例如，在變化的環(huán)境條件下特性的時(shí)間序列，如在變化的溫度條件下的硬度。這種更復(fù)雜的目標(biāo)應(yīng)用特性在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的應(yīng)用包括不同環(huán)境條件(例如，不同的溫度)的情況下可以是有利的。然后，目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物是指當(dāng)以相應(yīng)的形式(例如，作為純物質(zhì)或混合物)提供時(shí)在預(yù)定限制內(nèi)符合相應(yīng)目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性的化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物。特別地，當(dāng)根據(jù)對(duì)應(yīng)配方生產(chǎn)時(shí)，目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物提供相應(yīng)的目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性。

30、潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物可以以任何數(shù)字可表示的格式提供，使得潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物和/或潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的特性可以由裝置處理。此外，提供潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物還可以包括提供用于確定潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性的相應(yīng)問(wèn)題。然而，相應(yīng)的問(wèn)題也可以例如由裝置基于潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物和所提供的目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性來(lái)自動(dòng)選擇。然而，例如，用戶也可以基于潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物和/或目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性優(yōu)選地基于對(duì)呈現(xiàn)給用戶的多個(gè)可能問(wèn)題的選擇來(lái)選擇相應(yīng)問(wèn)題。

31、所確定的技術(shù)應(yīng)用特性與目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性的比較允許確定所確定的技術(shù)應(yīng)用特性是否滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，該預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)例如是所確定的技術(shù)應(yīng)用特性在預(yù)定限制內(nèi)符合目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性。如果滿足這種標(biāo)準(zhǔn)，則將潛在目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物分別確定為目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物，并且該方法繼續(xù)進(jìn)行到下一步驟。然而，如果該比較表明所確定的技術(shù)應(yīng)用特性不在預(yù)定限制內(nèi)符合目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性，則必須處理利用新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的下一迭代步驟。特別地，對(duì)于迭代的每個(gè)迭代步驟，優(yōu)選地基于先前的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物，例如通過(guò)修改先前化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的一個(gè)或多個(gè)特征(例如，一個(gè)或多個(gè)成分或其他特性)來(lái)確定新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物。然而，新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物也可以通過(guò)例如從大量先前產(chǎn)生的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物中任意選擇新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物來(lái)產(chǎn)生。此外，還可以利用更復(fù)雜的方法從多個(gè)先前已經(jīng)產(chǎn)生的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物中選擇新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物。基于新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物，在每個(gè)迭代步驟中，再次利用量子計(jì)算機(jī)來(lái)確定技術(shù)應(yīng)用特性，并且再次將這樣確定的技術(shù)應(yīng)用特性與目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性進(jìn)行比較，使得該比較可以再次導(dǎo)致進(jìn)一步的迭代步驟，或者如果滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，則可以選擇相應(yīng)的新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物作為目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物。此外，還可以選擇用于迭代的附加中止標(biāo)準(zhǔn)，例如，可以確定迭代中止之前的迭代步驟數(shù)量，并通知用戶不能找到針對(duì)相應(yīng)目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性的目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物。然而，可替代地，在預(yù)定量的迭代步驟之后，該方法可以進(jìn)一步包括例如通過(guò)增大目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性周?chē)念A(yù)定限制并且以便當(dāng)在比較期間利用增大的限制的同時(shí)重復(fù)迭代來(lái)修改目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性。這可以允許找到盡可能多地符合目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性的目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物，即使可能不可能符合原始目標(biāo)。在如上所述的那樣確定目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物之后，可以例如經(jīng)由輸出單元向用戶提供目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物。優(yōu)選地，利用目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的配方來(lái)生成控制數(shù)據(jù)，該控制數(shù)據(jù)可以用于控制用于生產(chǎn)目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的生產(chǎn)系統(tǒng)。

32、在本發(fā)明的另一方面中，提出了一種用于確定包括目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性的目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的計(jì)算機(jī)實(shí)施的方法，其中，該方法包括i)提供目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性和潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物，以及ii)使用如上所述的裝置、如上所述的方法和如上所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中的任一種來(lái)基于該潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物生成用于控制量子計(jì)算機(jī)的控制信號(hào)，iii)與量子計(jì)算機(jī)接口連接以向該量子計(jì)算機(jī)提供這些控制信號(hào)并接收所測(cè)量的可觀測(cè)值的結(jié)果，以及iv)基于接收到的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定該潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性，以及v)將所確定的該潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的技術(shù)應(yīng)用特性與該目標(biāo)技術(shù)應(yīng)用特性進(jìn)行比較，并且基于該比較，a)將該潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物確定為該目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物，或b)提供新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物并利用該新的潛在化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物重復(fù)對(duì)技術(shù)應(yīng)用特性的確定，以及vi)提供用于生產(chǎn)所確定的目標(biāo)化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的控制信號(hào)。

33、在本發(fā)明的另一方面中，提出了如上所述的裝置用于求解涉及化學(xué)反應(yīng)性、光譜和光譜特性以及可從化學(xué)產(chǎn)物或固體產(chǎn)物的電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題計(jì)算得到的分子特性中的至少一項(xiàng)的問(wèn)題的用途。

34、在本發(fā)明的另一方面中，提出了如上所述的裝置用于求解涉及以下中的至少一項(xiàng)的問(wèn)題的用途：含有過(guò)渡金屬(包括鑭系元素和錒系元素)的金屬有機(jī)化合物、與金屬相互作用的螯合劑、催化劑、具有活性中心的生物分子、大分子體系以及溶液中或嵌入環(huán)境中的過(guò)渡金屬化合物。

35、在本發(fā)明的另一方面中，提出了如上所述的裝置用于確定預(yù)定化學(xué)反應(yīng)的活化能和/或反應(yīng)能的用途。通常，活化能是指過(guò)渡態(tài)與反應(yīng)物之間的能量差。反應(yīng)能是指產(chǎn)物與反應(yīng)物之間的能量差?；瘜W(xué)反應(yīng)可以是復(fù)雜反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的一部分，例如催化循環(huán)的一部分。利用如上所述的裝置在以下情況下是特別有利的：該反應(yīng)系統(tǒng)的至少一種物質(zhì)a)含有一個(gè)或幾個(gè)具有不成對(duì)電子的過(guò)渡金屬原子、鑭系元素原子和/或錒系元素原子，或b)展現(xiàn)出在占據(jù)和未占據(jù)電子軌道之間具有小能量間隙的電子結(jié)構(gòu)，即，該能量間隙等于或小于采用相同電子結(jié)構(gòu)方法(即，相同基組、相同自洽場(chǎng)(scf)方法，例如hartre-fock等)計(jì)算的分子臭氧、并五苯或?qū)︴淄橹械闹辽僖环N分子的間隙，或c)顯示出超過(guò)預(yù)定限制的多參考診斷，例如，t1(ccsd)大于0.02和/或d1(ccsd)大于0.05和/或d1(mp2)大于0.04和/或d2(mp2/ccsd)大于0.18和/或zs(1)大于0.1和/或％tae大于10，其中，t1診斷基于基于hartree-fock參考狀態(tài)的ccsd波函數(shù)的單激發(fā)振幅的frobenius范數(shù)通過(guò)ccsd計(jì)算中相關(guān)電子數(shù)的平方根縮放來(lái)確定，并且其中，d1診斷基于基于hartree-fock參考狀態(tài)的ccsd或mp2波函數(shù)的單激發(fā)振幅的矩陣2范數(shù)來(lái)確定，并且其中，d2診斷類似于d1診斷來(lái)確定，但涉及雙激發(fā)，并且其中，zs(1)診斷基于從近似相關(guān)波函數(shù)(比如部分收斂但定性正確的密度矩陣重整化群(dmrg)波函數(shù))獲得的軌道糾纏信息來(lái)確定，并且其中，％tae診斷基于ccsd(t)與ccsd獲得的總原子化能之差相對(duì)于ccsd(t)獲得的總原子化能來(lái)確定。

36、在本發(fā)明的另一方面中，提出了如上所述的裝置用于確定預(yù)定催化循環(huán)的活化能和/或用于確定預(yù)定螯合劑的反應(yīng)能的用途。

37、在另一方面中，提出了根據(jù)如上所述的裝置、如上所述的方法和如上所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品中的任一個(gè)生成的控制信號(hào)。

38、應(yīng)當(dāng)理解，如上所述的裝置、如上所述的方法和如上所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品具有相似和/或完全相同的優(yōu)選實(shí)施例，特別是如從屬權(quán)利要求中所定義的。

39、應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例也可以是從屬權(quán)利要求或上述實(shí)施例與相應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的任意組合。

40、本發(fā)明的這些和其他方面將參考下文描述的實(shí)施例變得顯而易見(jiàn)并且進(jìn)行說(shuō)明。