纠缠量子态提纯方法、装置、设备、存储介质及产品

技术领域

本申请涉及数据处理领域，尤其涉及量子计算领域。

背景技术

量子科技中最重要的资源之一就是量子纠缠(Quantum entanglement)，量子纠缠是量子计算和量子信息处理的基本组成部分。其中，最为重要的就是贝尔态(Bell state)用于描述两个量子比特(或量子系统)间的最大纠缠态，包括四种最大纠缠态。贝尔态在量子安全通信、分布式量子计算等场景都有着至关重要的作用。不幸的是，通过量子设备产生的纠缠态通常是有噪声的，离理想的贝尔态还有一段距离。因此，如何通过可行的物理操作在近期量子设备上有效地进行纠缠蒸馏(Entanglement distillation)，也可称为纠缠提纯(Entanglement purification)从带有噪声的纠缠态中提纯出贝尔态成为了量子科技中的一个核心问题。

发明内容

本申请提供了一种纠缠量子态提纯方法、装置、设备、存储介质及产品。

根据本申请的一方面，提供了一种纠缠量子态提纯方法，包括：

确定第一组量子比特和第二组量子比特，其中，所述第一组量子比特包含有n个第一量子比特，所述第二组量子比特包括有n个第二量子比特；

将与所述第一组量子比特对应的第一参数化量子电路作用到第一组量子比特中的至少部分第一量子比特上，并得到作用所述第一参数化量子电路后的所述第一组量子比特中除目标第一量子比特之外的其他第一量子比特的状态信息，以得到第一测量结果；

将与所述第二组量子比特对应的第二参数化量子电路作用到第二组量子比特中的至少部分第二量子比特上，并得到作用所述第二参数化量子电路后的所述第二组量子比特中除目标第二量子比特之外的其他第二量子比特的状态信息，以得到第二测量结果，其中，所述目标第二量子比特为与所述目标第一量子比特纠缠的量子比特；

至少基于所述第一测量结果和所述第二测量结果之间关系来对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，并得到目标提纯量子态。

根据本申请的另一方面，提供了一种纠缠量子态提纯装置，包括：

量子比特组获取单元，用于确定第一组量子比特和第二组量子比特，其中，所述第一组量子比特包含有n个第一量子比特，所述第二组量子比特包括有n个第二量子比特；

第一参数化量子电路处理单元，用于将与所述第一组量子比特对应的第一参数化量子电路作用到第一组量子比特中的至少部分第一量子比特上，并得到作用所述第一参数化量子电路后的所述第一组量子比特中除目标第一量子比特之外的其他第一量子比特的状态信息，以得到第一测量结果；

第二参数化量子电路处理单元，用于将与所述第二组量子比特对应的第二参数化量子电路作用到第二组量子比特中的至少部分第二量子比特上，并得到作用所述第二参数化量子电路后的所述第二组量子比特中除目标第二量子比特之外的其他第二量子比特的状态信息，以得到第二测量结果，其中，所述目标第二量子比特为与所述目标第一量子比特纠缠的量子比特；

提纯处理单元，用于至少基于所述第一测量结果和所述第二测量结果之间关系来对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，并得到目标提纯量子态。

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

与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行本公开任一实施例中的方法。

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任一实施例中的方法。

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，该计算机程序被处理器执行时实现本公开任一实施例中的方法。

根据本申请的技术实现了对纠缠量子态的纠缠提纯。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：

图1是根据本申请实施例纠缠量子态提纯方法的实现流程示意图；

图2是根据本申请实施例纠缠量子态提纯方法在一具体示例中的实现流程示意图；

图3是根据本申请实施例纠缠量子态提纯方法在一具体示例中将参数化量子电路作用到量子比特上的示意图；

图4是根据本申请实施例纠缠量子态提纯装置的结构示意图；

图5是用来实现本申请实施例的纠缠量子态提纯方法的电子设备的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

量子技术中，量子纠缠是实现量子安全通信、量子计算、量子网络等各种量子信息技术的关键资源，而贝尔态是量子密钥分配(Quantum key distribution)，量子超密编码(Quantum superdense coding)，量子隐形传态(Quantum Teleportation)等量子信息方案的重要基础资源。因此，高保真度的贝尔态是量子信息处理的基石，换言之，量子纠缠提纯是量子信息中最为核心和实用的方向，若能够提纯得到高保真度的贝尔态，并适用于近期量子设备的实用化纠缠提纯方案，则会大大促进量子网络与分布式量子计算的发展。

基于此，本申请方案提供了一种纠缠量子态提纯方法、装置、设备、存储介质及产品，可以在近期量子设备上实现纠缠量子态(也即量子纠缠态)的转化，并提纯得到近似于贝尔态的量子态，比如，能够实现等方性态的纠缠态转化，兼具高效性、实用性、与通用性。这里所述的高效性指能够高效的取得尽可能高的保真度，实用性指能在近期量子设备上实现，通用性指能够适用于一般情形的纠缠量子态。

首先，对本申请方案所涉及的基础概念进行下述说明：

纠缠态的量子比特(qubit)通常被分配在两个或多个相隔一定距离的地方，比如对于处于纠缠态的量子比特组成的量子系统而言，Alice和Bob处于不同的实验室，而且，两个人的实验室中各有该量子系统中的部分量子比特，基于此，Alice和Bob所允许的物理操作即为针对各自实验室中的量子比特进行本地量子操作和经典通讯(LOCC，localoperations and classical communication)，可简称为LOCC操作。这里，所述量子操作指作用于量子比特的量子门和量子测量的操作，而本地量子操作则表示Alice和Bob只能对各自实验室中的量子比特做上述量子操作；经典通讯通常用于两人之间，如Alice和Bob之间通过经典通信方式(比如利用网络等进行的通信)交流量子测量得到的结果。在这种情况下，纠缠蒸馏的具体问题即为：找到一个LOCC操作方案将已经分配给两方的处于纠缠状态的初始量子态ρ

其次，对本申请方案做详细说明；具体地，图1是根据本申请实施例纠缠量子态提纯方法的实现流程示意图，如图1所示，所述方法包括：

步骤S101：确定第一组量子比特和第二组量子比特，其中，所述第一组量子比特包含有n个第一量子比特，所述第二组量子比特包括有n个第二量子比特。

步骤S102：将与所述第一组量子比特对应的第一参数化量子电路作用到第一组量子比特中的至少部分第一量子比特上，并得到作用所述第一参数化量子电路后的所述第一组量子比特中除目标第一量子比特之外的部分其他第一量子比特的状态信息，以得到第一测量结果。

步骤S103：将与所述第二组量子比特对应的第二参数化量子电路作用到第二组量子比特中的至少部分第二量子比特上，并得到作用所述第二参数化量子电路后的所述第二组量子比特中除目标第二量子比特之外的部分其他第二量子比特的状态信息，以得到第二测量结果，其中，所述目标第二量子比特为与所述目标第一量子比特纠缠的量子比特。

步骤S104：至少基于所述第一测量结果和所述第二测量结果之间关系来对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，并得到目标提纯量子态。

这样，实现了对纠缠量子态的提纯，而且，该提纯过程中并未对纠缠态进行限制，即能够对含有一般噪声的纠缠态进行提纯操作，因此，通用性很强；进一步地，由于本申请方案采用了参数化量子电路，所以，使得本申请方案具有灵活、多样性，同时，还兼具拓展性和适应性，可以针对不同的应用场景和量子设备设计合适的方案。

在本申请方案的一具体示例中，还可以采用如下方式来得到第一组量子比特和第二组量子比特；具体地，确定n组量子比特纠缠对，其中，所述量子比特纠缠对中包含有相互纠缠的至少两个量子比特；将所述量子比特纠缠对所包含的至少两个量子比特拆分到至少两组量子比特中，以得到所述第一组量子比特和第二组量子比特，其中，所述第一组量子比特包含有所述量子比特纠缠对中的第一量子比特，共n个所述第一量子比特，所述第二组量子比特包含有所述量子比特纠缠对中的第二量子比特，共n个所述第二量子比特。举例来说，Alice和Bob共享n个量子比特纠缠对，且每个量子比特纠缠对中的两个量子比特分别位于Alice和Bob各自对应的实验室，即量子比特纠缠对中的两个量子比特位于不同的实验室，Alice和Bob的实验室各享有其中一个，基于此，Alice和Bob各自的实验室中分别具有该n个量子比特纠缠对中的n个量子比特，如此，为后续实现纠缠量子态的高效提纯奠定了基础。

在本申请方案的一具体示例中，还可以采用如下方式来确定出需要进行提纯的纠缠态，即从所述n组量子比特纠缠对中选取出用于进行提纯处理的目标量子比特纠缠对，其中，所述目标第一量子比特和所述目标第二量子比特为所述目标量子比特纠缠对中的互相纠缠的量子比特。继续以Alice和Bob为例，Alice实验室中的量子比特记为：量子比特A

在本申请方案的一具体示例中，在第一参数化量子电路作用到第一组量子比特中的至少部分第一量子比特上后，为了实现提纯，提高提纯结果的精度，还需要从所述第二组量子比特中选取出与所述第一参数化量子电路所作用的所述第一量子比特相互纠缠的第二量子比特；进而以上所述的将与所述第二组量子比特对应的第二参数化量子电路作用到第二组量子比特中的至少部分第二量子比特上，则具体包括：将所述第二组量子比特对应的第二参数化量子电路作用到选取出的与所述第一参数化量子电路所作用的所述第一量子比特相互纠缠的第二量子比特上。也就是说，第一参数化量子电路作用的第一量子比特与所述第二参数化量子电路作用的所述第二量子比特之间存在关联关系，即两者为相互纠缠的量子比特。如此，为后续高效实现对纠缠态的提纯奠定了基础。

在本申请方案的一具体示例中，还可以对提纯步骤进行循环，即确定所述第一测量结果和所述第二测量结果之间的关系满足预设条件的情况下，选取出与所述第一测量结果和所述第二测量结果相匹配的新的第一参数化量子电路，并作用到第一组量子比特中的至少部分第一量子比特上，以得到新的第一测量结果，并更新所述第一测量结果；以及，选取出与所述第一测量结果和所述第二测量结果相匹配的新的第二参数化量子电路，并作用到第二组量子比特中的至少部分第二量子比特上，以得到新的第二测量结果，并更新所述第二测量结果，以此循环，直至达到预设循环次数；进而，上述至少基于所述第一测量结果和所述第二测量结果之间关系来对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，并得到目标提纯量子态，则具体包括：基于更新后的所述第一测量结果和所述第二测量结果之间关系来对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，并得到目标提纯量子态。如此，来重复执行提纯步骤，进而为进一步提升提纯结果的精准奠定了基础。

在本申请方案的一具体示例中，上述至少基于所述第一测量结果和所述第二测量结果之间关系来对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，并得到目标提纯量子态，具体包括：

确定所述第一测量结果和所述第二测量结果之间的关系满足预设条件的情况下，获取所述目标第一量子比特与所述目标第二量子比特之间的提纯量子态；基于所述提纯量子态与目标量子态之间的差距，对所述第一参数化量子电路的参数和所述第二参数化量子电路的参数进行调整，以对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，得到目标提纯量子态。这里，可以基于实际场景的实际需求来确定预设条件，比如，在一示例中，该预设条件为第一测量结果与第二测量结果相同等。如此，实现了对纠缠量子态的提纯。

在本申请方案的一具体示例中，所述目标量子态属于贝尔态；这里，所述贝尔态为四种状态，分别为Φ

在本申请方案的一具体示例中，在参数调整后，确定得到的所述提纯量子态与所述目标量子态之间的保真度满足预设规则的情况下，将满足所述预设规则所对应的提纯量子态作为所述目标提纯量子态。如此，来实现对纠缠量子态的提纯。

在本申请方案的一具体示例中，还包括：确定得到的所述提纯量子态与所述目标量子态之间的保真度，并基于保真度得到损失函数；通过参数调整的方式来最小化所述损失函数，并将所述损失函数处于最小值时的提纯量子态作为所述目标提纯量子态。如此，过机器学习优化的方式，来实现对纠缠量子态的提纯。

这样，实现了对纠缠量子态的提纯，而且，该提纯过程中并未对纠缠态进行限制，即能够对含有一般噪声的纠缠态进行提纯操作，因此，通用性很强；进一步地，由于本申请方案采用了参数化量子电路，所以，使得本申请方案具有灵活、多样性，同时，还兼具拓展性和适应性，可以针对不同的应用场景和量子设备设计合适的方案。

以下结合具体示例对本申请方案做进一步详细说明，具体地，本申请方案创新性地设计了基于量子神经网络(或者称为参数化量子电路，parameterized quantumcircuits)，并通过机器学习优化的方式，来取得纠缠提纯方案，而且，本申请方案能够在特定的量子硬件设备上操作实施，实现针对任意可提纯的含噪音的纠缠量子态进行提纯，并得到接近贝尔态的目标纠缠态，弥补了现有提纯方案的局限性，达到了使用近期量子设备对任意含噪音的纠缠量子态进行纠缠蒸馏(也即纠缠提纯)的目的。而且，本方案有较强的可扩展性，可以对多个量子比特间纠缠的纠缠量子态进行提纯，且提纯后的保真度更高，兼具高效性、实用性与通用性。

本示例所述的参数化量子电路U(θ)通常由若干个单量子比特旋转门和CNOT门组成，其中的若干个旋转角度组成向量θ，作为该参数化量子电路中可调节的参数；基于此，Alice和Bob利用各自准备的参数化量子电路，并结合本地的量子操作和经典通讯，来组成一个LOCC操作方案，实现对任意含噪音的纠缠量子态进行纠缠蒸馏的目的。

具体地，对于本示例纠缠蒸馏而言，Alice和Bob共享n份初始量子态ρ

基于此，Alice和Bob共享n个量子比特纠缠对，且每个量子比特纠缠对中的两个量子比特分别位于Alice和Bob各自对应的实验室，即量子比特纠缠对中的两个量子比特位于不同的实验室，Alice和Bob的实验室各享有其中一个，基于此，Alice和Bob各自的实验室中分别具有该n个量子比特纠缠对中的n个量子比特。

进一步地，该包含量子比特纠缠对的量子系统对应的纠缠量子态即称为初始量子态ρ

进一步，以下以目标量子态σ

基于此，输入则是初始量子态ρ

进一步地，如图2所示，具体步骤包括：

步骤1：Alice和Bob各自准备若干个参数可调节的参数化量子电路，这里，Alice准备的参数化量子电路记为

步骤2：Alice将参数化量子电路

这里，需要说明的是，实际本地量子操作的过程中，Alice可以将参数化量子电路作用到自身对应的n个量子比特中的部分量子比特上，而非作用到全部的量子比特上；同理，Bob也可以将参数化量子电路作用到自身对应的n个量子比特中的部分量子比特上，而非作用到全部的量子比特上，只要两者所选择作用的量子比特为处于纠缠态的量子比特即可；举例来说，假设Alice从n个量子比特中选择出量子比特A

步骤3：Alice测量作用参数化量子电路

这里，需要说明的是，该步骤中，无论对于Alice还是Bob而言，可以仅对除对待进行提纯处理的初始量子态ρ

步骤4：交换信息后，Alice与Bob根据自己的测量结果以及对方的测量结果，并确定测量结果A与测量结果B之间的关系满足预设条件的情况下，选取出与测量结果A和测量结果B相匹配的其他参数化量子电路，重新按照上述方式作用到各自对应的量子比特上。

这里，需要说明的是，本示例还能够得到满足预设条件的概率，进而，可以提供给出后续LOCC操作的概率，为实际场景中的纠缠转换提供可量化的数据支持。举例来说，假设测量结果A与测量结果B相同时，才满足预设条件，此时，本申请方案能够给出测量结果A与测量结果B相同的概率。当然，预设条件可以基于实际场景的实际需求而确定，本申请方案对此不作限制。

步骤5：重复上述步骤2-4，N-1次，即共完成N次通讯后，得到一个LOCC操作，此时，输出的一个提纯量子态ρ′

这里，需要说明的是，在上述重复执行的过程中，步骤2每次所选择作用的量子比特可以与上次执行过程中的量子比特相同，也可以不相同，本申请方案对此不做限制。举例来说，上述步骤2中，在一次执行过程中，Alice选择作用到参数化量子电路上的量子比特可以为量子比特A

步骤6：计算出提纯量子态ρ′

步骤7：通过梯度下降法或者其他最优化方法调整上述执行过程中所使用的参数化量子电路中参数，如α

步骤8：当损失函数L最小化后，此时上述过程中所使用的参数化量子电路，如

这里，需要说明的是，以上所述的方案均能够在经典设备，比如经典计算机上模拟实现，当利用经典计算机模拟得到以上所述的LOCC操作方案后，即可在量子设备上进行实际操作，如此，来实现纠缠提纯。

这样，相较于现有方案，本申请方案更具有适用性、高效性、实用性、可拓展性、以及通用性。这里，所述适用性指本申请方案不局限于贝尔对角态，可以提纯含有一般噪声的纠缠量子态；所述高效性指本申请方案提纯得到的态具有更高的保真度；所述实用性指本申请方案得到的LOCC操作方案可以在近期量子设备上实现；所述可拓展性指本申请方案可以蒸馏提纯n-copies量子比特纠缠对；所述通用性指针对不同的情况，如单通讯协议，多通讯协议，单轮蒸馏，多轮蒸馏以及其他特殊情况，本申请方案均可以通过简单修改实现高效提纯。

以下为进一步验证本申请方案，给出一个对2-copy(2份量子比特纠缠对)带有随机噪音的纠缠态(也即初始量子态)进行纠缠蒸馏的实验，Alice与Bob间的通讯轮数为1；这里，初始量子态的具体形式为：

ρ(p)＝pΦ

其中，Φ

这里，ρ

通过上述对比可以看到，相较于现有方案(如，BBPSSW和DEJMPS)得出的保真度，本申请方案能够提纯出更高保真度的纠缠态。

这里，实际应用中，在准备参数化量子电路U

第一，利用参数化量子电路U

第二，可以灵活使用单方向通讯协议，即Alice将测量结果告知Bob，而Bob无需将自己的结果告诉Alice，或者双方向通讯协议，即Alice和Bob相互告知自己的测量结果，如此，来选取参数化量子电路U

第三，还可以基于所需的蒸馏轮数，即N来选取参数化量子电路U

第四，本示例方案描述为n->1，即输入的初始量子态有n份，从中提纯得到一个提纯量子态。然而，还可以至n->m，即输入的初始量子态有n份，从中提纯得到m个提纯量子态。这里，输入的初始量子态的n个量子态也可以各不相同，基于此需求来选取参数化量子电路U

综上所述，本申请方案具有如下优点：

第一，本申请方案适用范围广于现有方案。

第二，相较于现有方案，本申请方案提纯含有一般噪声的纠缠态，不仅仅局限于等方性态或贝尔对角态，通用性强。

第三，本申请方案具有高效性，即通过机器学习优化得出的LOCC操作提纯方案达到的保真度高于现有方案。

第四，本申请方案具有实用性，由于采用了参数化量子电路，其灵活、多样的结构使得本申请方案有很强的拓展性和适应性，可以针对不同的应用场景和量子设备设计合适的方案。

本申请方案还提供了一种纠缠量子态提纯装置，如图4所示，包括：

量子比特组获取单元401，用于确定第一组量子比特和第二组量子比特，其中，所述第一组量子比特包含有n个第一量子比特，所述第二组量子比特包括有n个第二量子比特；

第一参数化量子电路处理单元402，用于将与所述第一组量子比特对应的第一参数化量子电路作用到第一组量子比特中的至少部分第一量子比特上，并得到作用所述第一参数化量子电路后的所述第一组量子比特中除目标第一量子比特之外的部分其他第一量子比特的状态信息，以得到第一测量结果；

第二参数化量子电路处理单元403，用于将与所述第二组量子比特对应的第二参数化量子电路作用到第二组量子比特中的至少部分第二量子比特上，并得到作用所述第二参数化量子电路后的所述第二组量子比特中除目标第二量子比特之外的部分其他第二量子比特的状态信息，以得到第二测量结果，其中，所述目标第二量子比特为与所述目标第一量子比特纠缠的量子比特；

提纯处理单元404，用于至少基于所述第一测量结果和所述第二测量结果之间关系来对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，并得到目标提纯量子态。

在本申请方案的一具体示例中，还包括：

量子比特纠缠对处理单元，用于确定n组量子比特纠缠对，其中，所述量子比特纠缠对中包含有相互纠缠的至少两个量子比特；将所述量子比特纠缠对所包含的至少两个量子比特拆分到至少两组量子比特中，以得到所述第一组量子比特和第二组量子比特，其中，所述第一组量子比特包含有所述量子比特纠缠对中的第一量子比特，共n个所述第一量子比特，所述第二组量子比特包含有所述量子比特纠缠对中的第二量子比特，共n个所述第二量子比特。

在本申请方案的一具体示例中，还包括：

目标量子比特纠缠对选取单元，用于从所述n组量子比特纠缠对中选取出用于进行提纯处理的目标量子比特纠缠对，其中，所述目标第一量子比特和所述目标第二量子比特为所述目标量子比特纠缠对中的互相纠缠的量子比特。

在本申请方案的一具体示例中，所述第二参数化量子电路处理单元，还用于从所述第二组量子比特中选取出与所述第一参数化量子电路所作用的所述第一量子比特相互纠缠的第二量子比特；将所述第二组量子比特对应的第二参数化量子电路作用到选取出的与所述第一参数化量子电路所作用的所述第一量子比特相互纠缠的第二量子比特上。

在本申请方案的一具体示例中，所述第一参数化量子电路处理单元，还用于确定所述第一测量结果和所述第二测量结果之间的关系满足预设条件的情况下，选取出与所述第一测量结果和所述第二测量结果相匹配的新的第一参数化量子电路，并作用到第一组量子比特中的至少部分第一量子比特上，以得到新的第一测量结果，并更新所述第一测量结果，以此循环，直至达到预设循环次数；

所述第二参数化量子电路处理单元，还用于确定所述第一测量结果和所述第二测量结果之间的关系满足预设条件的情况下，选取出与所述第一测量结果和所述第二测量结果相匹配的新的第二参数化量子电路，并作用到第二组量子比特中的至少部分第二量子比特上，以得到新的第二测量结果，并更新所述第二测量结果，以此循环，直至达到预设循环次数；

所述提纯处理单元，还用于基于更新后的所述第一测量结果和所述第二测量结果之间关系来对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，并得到目标提纯量子态。

在本申请方案的一具体示例中，所述提纯处理单元，还用于确定所述第一测量结果和所述第二测量结果之间的关系满足预设条件的情况下，获取所述目标第一量子比特与所述目标第二量子比特之间的提纯量子态；基于所述提纯量子态与目标量子态之间的差距，对所述第一参数化量子电路的参数和所述第二参数化量子电路的参数进行调整，以对所述目标第一量子比特和目标第二量子比特对应的纠缠量子态进行提纯处理，得到目标提纯量子态。

在本申请方案的一具体示例中，所述目标量子态属于贝尔态。

在本申请方案的一具体示例中，所述提纯处理单元，还用于在参数调整后，确定得到的所述提纯量子态与所述目标量子态之间的保真度满足预设规则的情况下，将满足所述预设规则所对应的提纯量子态作为所述目标提纯量子态。

在本申请方案的一具体示例中，所述提纯处理单元，还用于确定得到的所述提纯量子态与所述目标量子态之间的保真度，并基于保真度得到损失函数；通过参数调整的方式来最小化所述损失函数，并将所述损失函数处于最小值时的提纯量子态作为所述目标提纯量子态。

本发明实施例纠缠量子态提纯装置中各单元的功能可以参见上述方法中的对应描述，在此不再赘述。

这里，需要说明的是，本申请方案所述的纠缠量子态提纯装置可以为经典设备，比如经典计算机、经典的电子设备等，此时，上述各单元可以通过经典设备的硬件，比如存储器、处理器等来实现。当然，本申请方案所述的纠缠量子态提纯装置还可以为量子设备，此时，上述各单元可以通过量子硬件等来实现。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。

图5示出了可以用来实施本公开的实施例的示例计算设备500的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或要求的本公开的实现。

如图5所示，设备500包括计算单元501，其可以根据存储在只读存储器(ROM)502中的计算机程序或者从存储单元508加载到随机访问存储器(RAM)503中的计算机程序来执行各种适当的动作和处理。在RAM503中，还可存储设备500操作所需的各种程序和数据。计算单元501、ROM502以及RAM503通过总线504彼此相连。输入输出(I/O)接口505也连接至总线504。

设备500中的多个部件连接至I/O接口505，包括：输入单元506，例如键盘、鼠标等；输出单元507，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元508，例如磁盘、光盘等；以及通信单元509，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元509允许设备500通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元501可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元501的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元501执行上文所描述的各个方法和处理，例如纠缠量子态提纯方法。例如，在一些实施例中，纠缠量子态提纯方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元508。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM502和/或通信单元509而被载入和/或安装到设备500上。当计算机程序加载到RAM503并由计算单元501执行时，可以执行上文描述的纠缠量子态提纯方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元501可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行纠缠量子态提纯方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入、或者触觉输入来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。