背景技術：

1、本說明書涉及量子計算。

2、經(jīng)典計算機具有由位組成的內(nèi)存，每個位可以表示零或一。量子計算機保持量子位序列，稱為量子位，其中每個量子位可以表示零、一或任何零和一的量子疊加。量子計算機通過將量子位設置在初始狀態(tài)，并且例如，根據(jù)一系列量子邏輯門控制量子位來運行。

技術實現(xiàn)思路

1、本說明書描述了使用不經(jīng)意(oblivious)進位軌道寄存器執(zhí)行分段相加的技術。

2、通常，本說明書中描述的主題的一個創(chuàng)新方面可以通過使用一個或多個進位軌道寄存器分段相加到累加寄存器中的方法來實現(xiàn)，其中，累加寄存器包括第一多個量子位，每個量子位表示第一二進制數(shù)的相應位，并且其中，每個進位軌道寄存器包括表示相應二進制數(shù)的多個量子位，所述方法包括：在累加寄存器的相應預定量子位位置將一個或多個進位軌道寄存器插入累加寄存器；在正態(tài)下初始化每個進位軌道寄存器的每個量子位；將一個或多個減法操作應用于累加寄存器，其中，每個減法操作從累加寄存器的部分減去相應進位軌道寄存器的狀態(tài)，所述累加寄存器的部分從相應初始化進位軌道寄存器被插入的預定量子位位置開始，并在下一個被插入的進位軌道之前的量子位位置或第一二進制數(shù)的最高有效位結束；以及使用分段相加將一個或多個輸入二進制數(shù)添加到累加寄存器中。

3、這些方面的其他實現(xiàn)包括記錄在一個或多個計算機存儲設備上的對應計算機系統(tǒng)、裝置和計算機程序，其每個被配置為執(zhí)行所述方法的動作。一個或多個經(jīng)典和/或量子計算機的系統(tǒng)可以被配置為通過在系統(tǒng)上安裝軟件、固件、硬件或其組合來執(zhí)行特定操作或動作，這些軟件、固件、硬件或組合在操作中使系統(tǒng)執(zhí)行動作。一個或多個計算機程序可以被配置為通過包括當由數(shù)據(jù)處理裝置執(zhí)行時使裝置執(zhí)行動作的指令來執(zhí)行特定操作或動作。

4、上述和其他實現(xiàn)可以單獨或組合地各自可選地包括以下一個或多個特征。在一些實現(xiàn)中，使用分段相加將一個或多個輸入二進制數(shù)添加到累加寄存器中包括：將輸入二進制數(shù)分離為與在每個進位軌道寄存器之間的累加寄存器的部分相對應的片段，對每個對應的輸入二進制數(shù)執(zhí)行相應的加法操作，以將輸入二進制數(shù)添加到相應累加寄存器的部分的狀態(tài)，其中加法操作的進位添加到相應進位跑道寄存器的狀態(tài)累加寄存器的部分累加寄存器的部分。

5、在一些實現(xiàn)中，在累加寄存器的相應預定量子位位置將一個或多個進位軌道寄存器插入累加寄存器包括：以均勻間隔插入預定數(shù)量的進位軌道寄存器。

6、在一些實現(xiàn)中，從累加寄存器的部分減去相應進位軌道寄存器的狀態(tài)，所述累加寄存器的部分從相應初始化進位軌道寄存器被插入的預定量子位位置開始，并在下一個被插入的進位軌道之前的量子位位置或第一二進制數(shù)的最高有效位結束包括：從所述累加寄存器的部分的狀態(tài)值減去在進位軌道寄存器狀態(tài)中編碼的值，以及更新累加寄存器的部分的狀態(tài)以編碼新值。

7、在一些實現(xiàn)中，所述方法還包括：將一個或多個進位軌道寄存器的狀態(tài)添加到累加寄存器的相應部分；以及測量累加寄存器以確定一個或多個輸入二進制數(shù)相加的結果。

8、在一些實現(xiàn)中，所述方法還包括：確定一個或多個進位軌道寄存器中的每個量子位是否正確初始化。

9、在一些實現(xiàn)中，所述方法還包括：測量累加寄存器和一個或多個進位軌道寄存器；以及通過經(jīng)典處理將一個或多個進位軌道寄存器的狀態(tài)從累加寄存器的狀態(tài)中移除，以確定分段相加的結果。

10、在一些實現(xiàn)中，對相同輸入二進制數(shù)的片段并行執(zhí)行加法操作。

11、在一些實現(xiàn)中，第一多個量子位中的每個量子位表示以小端2s補碼整數(shù)格式存儲的第一二進制數(shù)的相應位，相應進位軌道寄存器中的每個量子位表示以小端2s補碼整數(shù)格式存儲的相應二進制數(shù)。

12、在一些實現(xiàn)中，加法操作包括2s補碼加法操作。

13、在一些實現(xiàn)中，加法操作包括模塊化加法操作。

14、本說明書中描述的主題可以以特定方式實現(xiàn)，以實現(xiàn)以下一個或多個優(yōu)點。

15、實現(xiàn)當前描述的進位軌道的系統(tǒng)可以以更高的計算速度執(zhí)行加法計算，因為進位軌道將加法操作編碼為多個可并行執(zhí)行的分段相加操作。

16、此外，實現(xiàn)當前描述的進位軌道的系統(tǒng)可以以目標精度執(zhí)行加法計算。通常，如果軌道溢出，則在加法操作中可能會出現(xiàn)錯誤。在目前描述的進位軌道結構中，這只能在進位軌道存儲2m-1(其中，m表示進位軌道的大小)并遞增時發(fā)生，并且加法只能使軌道遞增一次。因為2m個可能軌道值中的僅一個偏差，所以分段相加操作的結果與加法操作的結果偏差最多為1/2m。因此，增加進位軌道尺寸減少偏差。此外，當前描述的進位軌道技術可用于對使用具有以下特征的模整數(shù)的陪集表示(coset?representation?of?modularintegers)來表示的模整數(shù)執(zhí)行加法：具有最多(r+1)/2m的偏差的r個進位軌道。

17、目前描述的進位軌道技術可應用于涉及計數(shù)或累加的任何量子計算中。由于上述并行化和有界偏差，實現(xiàn)當前描述的進位軌道的量子計算因此也可以實現(xiàn)改進的計算速度和錯誤率。

18、本說明書主題的一個或多個實現(xiàn)的細節(jié)在附圖和下面的描述中闡述。從說明書、附圖和權利要求書中，主題的其他特征、方面和優(yōu)點將變得顯而易見。

技術特征：

1.一種用于確定多個輸入二進制數(shù)相加的結果的方法，該方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，一個或多個進位軌道寄存器在累加寄存器的相應預定量子位位置被分別插入到累加寄存器。

3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，預定數(shù)量的進位軌道寄存器以均勻間隔被插入到累加寄存器。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括：

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，向累積寄存器的部分添加相應進位軌道寄存器的狀態(tài)，所述部分從相應進位軌道寄存器被插入到累積寄存器的量子位位置開始并且在下一插入的進位軌道或第一二進制數(shù)的最高有效位之前的量子位位置結束，包括：

6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，所述第一多個量子位中的每個量子位表示以小端2s補碼整數(shù)格式存儲的第一二進制數(shù)的相應位，并且相應進位軌道寄存器中的每個量子位表示以小端2s補碼整數(shù)格式存儲的相應二進制數(shù)。

7.一種裝置，包括：

8.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中，一個或多個進位軌道寄存器在累加寄存器的相應預定量子位位置被分別插入到累加寄存器。

9.根據(jù)權利要求8所述的裝置，其中，預定數(shù)量的進位軌道寄存器以均勻間隔被插入到累加寄存器。

10.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中，操作還包括：

11.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中，向累積寄存器的部分添加相應進位軌道寄存器的狀態(tài)，所述部分從相應進位軌道寄存器被插入到累積寄存器的量子位位置開始并且在下一插入的進位軌道或第一二進制數(shù)的最高有效位之前的量子位位置結束，包括：

12.根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中，所述第一多個量子位中的每個量子位表示以小端2s補碼整數(shù)格式存儲的第一二進制數(shù)的相應位，并且相應進位軌道寄存器中的每個量子位表示以小端2s補碼整數(shù)格式存儲的相應二進制數(shù)。

技術總結
用于使用一個或多個進位軌道寄存器分段相加到累加寄存器中的方法和裝置，其中累加寄存器包括第一多個量子位，每個量子位表示第一二進制數(shù)的相應位，并且每個進位軌道寄存器包括表示相應二進制數(shù)的多個量子位。在一個方面中，一種方法包括在累加寄存器的相應預定量子位位置將一個或多個進位軌道寄存器分別插入累加寄存器中；在正態(tài)下初始化每個進位軌道寄存器的每個量子位；將一個或多個減法運算應用于累加寄存器，其中每個減法運算從累加寄存器的對應部分減去相應進位軌道寄存器的狀態(tài)；以及使用分段相加將一個或多個輸入二進制數(shù)添加到累加寄存器中。

技術研發(fā)人員：C·吉德尼
受保護的技術使用者：谷歌有限責任公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26