(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111408030.2 (22)申请日 2021.11.24 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园1号 (72)发明人 吕鹏　魏世杰　龙桂鲁　 (74)专利代理 机构 北京亿腾知识产权代理事务 所(普通合伙) 11309 代理人 张静娟　陈霁 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 10/20(2022.01) (54)发明名称 一种基于量子计算的原子核模拟方法和装 置 (57)摘要 本发明实施例提供了一种基于量子计算的 原子核模拟方法和装置， 该方法包括： 确定出原 子核壳模型中原子核对应的哈密顿算符； 根据所 述哈密顿算符， 设置第一量子线路； 获取原子核 的第一量子态， 根据第一量子态,运行第一量子 线路,得到第二量子态,其中， 所述第二量子态相 比于所述第一 量子态更接 近所述原子核的基态。 权利要求书1页 说明书9页 附图2页 CN 114154411 A 2022.03.08 CN 114154411 A 1.一种基于量子计算的原子核模拟方法， 所述方法包括： 确定出原子核壳模型中原子核对应的哈密顿算符； 根据所述哈密顿算符， 设置第一 量子线路； 获取原子核的第一量子态， 根据第一量子态,运行第一量子线路,得到第二量子态,其 中， 所述第二 量子态相比于所述第一 量子态更接 近所述原子核的基态。 2.根据权利要求1所述的方法， 还 包括， 测量所述第二 量子态上的哈密顿量的期望值,得到所述原子核的基态能量。 3.根据权利要求1所述的方法， 其中， 所述第一量子态， 基于二次量子化和Jordan ‑ Wigner变换获得。 4.根据权利要求1所述的方法， 其中， 所述第一 量子态为Har tree‑Fock态。 5.根据权利要求1所述的方法， 其中， 所述根据 所述哈密顿算符， 设置第 一量子线路， 包 括： 设置辅助系统和工作系统， 所述工作系统和辅助系统分别包括若干比特； 确定出辅助系统的若干计算基本征态； 根据所述哈密顿算符和预设的迭代步长， 确定与 所述若干计算基本征态分别对应的若 干第一权 重， 以及与所述若干计算基本征态分别对应的若干酉量子门。 6.根据权利要求5所述的方法， 其中， 所述运行第 一量子线路,得到所述第 二量子态， 包 括： 将所述辅助系统制备为所述若干计算基本征态的叠加态， 在所述叠加态中， 各个计算 基本征态的权 重分别为对应的所述第一权 重； 将工作系统制备为所述第一 量子态； 根据所述辅助系统的状态， 对所述工作系统施加所述若干酉量子门操作； 对辅助系统中每 个量子比特施加Hardmard门； 测量辅助系统的状态， 当其处于|0〉 状态时， 读取工作系统的量子末态， 获得第二量子 态。 7.根据权利要求1所述的方法， 其中， 所述酉量子门为 泡利门。 8.一种基于量子计算的原子核模拟装置， 所述装置包括： 哈密顿量获取 单元， 配置为， 确定出原子核壳模型中原子核对应的哈密顿算符； 量子线路设置单 元， 配置为， 根据所述哈密顿算符， 设置第一 量子线路； 量子线路执行单元， 配置为， 获取原子核的第一量子态， 根据第一量子态,运行第一量 子线路,得到第二量子态,其中， 所述第二量子态相比于所述第一量子态更接近所述原子核 的基态。 9.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 当所述计算机程序在计算机中 执行时， 令计算机执 行权利要求1 ‑7中任一项的所述的方法。 10.一种计算设备， 包括存储器和 处理器， 所述存储器中存储有可执行代码， 所述处理 器执行所述可执行代码时， 实现权利要求1 ‑7中任一项所述的方法。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114154411 A 2一种基于 量子计算的原子核模拟方 法和装置 技术领域 [0001]本发明涉及 量子计算和原子核模拟领域， 尤其涉及一种基于量子计算的原子核模 拟方法和装置 。 背景技术 [0002]原子核是亚原子物质结构的一种重要层次。 原子核物理是于19世纪末建立起来的 研究物质微观结构的一种分支学科。 核能的释放可以为人类社会提供了可观的新能源， 原 子核物理目前 是一个国际竞争激烈的科技领域。 原子核结构的研究具有重要意 义。 [0003]传统的基于经典计算机和VQE量子算法， 进行原子核模拟的方法， 可以达到 获取原 子核基态和基态能量的目的。 但是， 这些方法往往计算的复杂度太高， 尤其是对于重原子核 的模拟中 需要过多的计算资源， 在实际生产场景中， 往 往难以实现。 [0004]因此， 需要一种新的原子核模拟方法。 发明内容 [0005]本发明的实施例提供一种基于量子计算的原子核模拟 方法和装置， 相较于基于经 典计算机的原子核模拟方法， 该方法可以显著降低原子核模拟中的计算复杂度， 从而大大 降低原子核模拟消耗的计算资源。 [0006]本发明的实施例提供一种基于量子计算的原子核模拟方法， 所述方法包括： [0007]确定出原子核壳模型中原子核对应的哈密顿算符； [0008]根据所述哈密顿算符， 设置第一 量子线路； [0009]获取原子核的第一量子态， 根据第一量子态,运行第一量子线路,得到第二量子 态,其中， 所述第二 量子态相比于所述第一 量子态更接 近所述原子核的基态。 [0010]优选地， 所述方法还包括， 测量所述第二量子态上的哈密顿量的期望值,得到所述 原子核的基态能量。 [0011]优选地， 所述第一 量子态， 基于二次量子化和Jordan ‑Wigner变换获得。 [0012]优选地， 所述第一 量子态为Har tree‑Fock态。 [0013]优选地， 所述 根据所述哈密顿算符， 设置第一 量子线路， 包括： [0014]设置辅助系统和工作系统， 所述工作系统和辅助系统分别包括若干比特； [0015]确定出辅助系统的若干计算基本征态； [0016]根据所述哈密顿算符和预设的迭代步长， 确定与所述若干计算基本征态 分别对应 的若干第一权 重， 以及与所述若干计算基本征态分别对应的若干酉量子门。 [0017]优选地， 所述 运行第一 量子线路,得到所述第二 量子态， 包括： [0018]将所述辅助系统制 备为所述若干计算基本征态的叠加态， 在所述叠加态中， 各个 计算基本征态的权 重分别为对应的所述第一权 重； [0019]将工作系统制备为所述第一 量子态； [0020]根据所述辅助系统的状态， 对所述工作系统施加所述若干酉量子门操作；说　明　书 1/9 页 3 CN 114154411 A 3