本發明涉及一種用于生成用于測量量子計算機的量子元素的狀態的控制信號的裝置、方法和計算機程序產品。此外，本發明涉及一種用于使用這些控制信號在量子計算機上執行量子力學計算的系統。進一步地，本發明涉及一種用于利用上述用于生成用于測量量子計算機的量子元素的狀態的控制信號的裝置、方法和/或計算機程序產品來確定問題的解的裝置、方法和計算機程序產品。此外，本發明涉及一種用于利用上述方法、裝置和/或計算機程序產品來確定化學產物的目標技術應用特性的裝置、方法和計算機程序產品。

背景技術：

1、量子計算機通常是一種全新的計算系統，其允許利用量子力學系統的特殊行為來執行問題計算，而在適當的情況下，普通計算機無法在任何合理的時間內或以合理的資源完成這些問題計算。此外，已經表明量子計算機尤其適合于求解與量子力學世界相關的問題，即，可以被轉換成量子力學描述的問題。這種問題涉及例如電子結構問題、分子問題、凝聚態問題等。這種問題的解在化學產物優化和設計的背景下特別有用。然而，物理量子力學系統的描述之外的問題也可以被轉換成量子力學描述，例如，編碼和解碼問題、復雜分析問題、優化問題等。這種問題的轉換示例通常可以例如在a.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(2016)中找到。

2、然而，量子計算機的缺點是，為了確定問題的解，不僅必須通過應用相應的控制脈沖及后續相應的硬件特定讀出協議來測量每個量子元素的狀態，而且進一步地，這種量子力學測量本質上是統計過程，因此為了獲得有意義的量子計算機計算結果，必須對每個量子元素在多次重復的狀態制備上的測量值進行平均。所需的測量次數通常會隨著問題的大小和結果的所需準確度而顯著增加，因此執行這些測量的工作量可能會極大地限制量子計算機計算對具有較大問題大小的問題的適用性。因此，如果可以提供減少測量量子計算機計算結果所需的工作量(即，測量量)的可能性，則將是有利的。這種可能性將允許將量子計算機計算應用于對化學應用重要的問題，并且允許在這種背景下不僅更快地、用更少的計算資源而且更準確地求解問題。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供裝置、方法、系統和計算機程序產品，這些裝置、方法、系統和計算機程序產品允許減少提供量子計算機計算的解、特別是可利用量子計算機轉換成量子力學描述的問題的解所需的工作量，特別是狀態制備的次數。此外，這些裝置、系統、方法和計算機程序產品允許計算與化學產物或固體產物相關的問題，這些問題具有增加的復雜性和/或問題大小，從而允許量子計算機在該技術領域中的更廣泛應用，這可以導致為化學工業提供更準確、更快速、利用更少計算資源的解決方案。

2、在本發明的第一方面，提出了一種用于生成用于測量量子計算機的量子元素的狀態的控制信號的裝置，其中，所測量的狀態指示可觀測值，這些可觀測值指示可轉換成量子力學描述的問題的解，其中，該裝置包括i)問題提供單元，該問題提供單元用于提供指示要求解的該問題的問題描述，其中，該問題描述可轉換成量子力學描述，ii)變換單元，該變換單元用于將該問題描述變換為量子力學表示，該量子力學表示包括一個或多個算符，該一個或多個算符表示指示該問題的解的一個或多個要測量的可觀測值，其中，該變換進一步包括確定幺正變換，這些幺正變換將表示一個或多個要測量的可觀測值的該一個或多個算符旋轉成在應用這些幺正變換之后產生該一個或多個算符的純占據數表示的一個或多個基，iii)轉換單元，該轉換單元用于將該量子力學表示轉換成量子算法描述，該量子算法描述包括要應用于該量子計算機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算機上制備該量子力學表示，使得指示該問題的解的可觀測值是可測量的，以及b)測量部分，該測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表示之后通過測量這些量子元素的狀態來測量這些可觀測值，其中，這些測量操作包括要應用于量子元素的幺正變換操作，其中，該轉換包括基于所確定的幺正變換來確定這些幺正變換操作，使得這些幺正變換操作啟動這些量子元素的狀態向與產生表示一個或多個要測量的可觀測值的該一個或多個算符的純占據數表示的該一個或多個基相對應的相應基態的旋轉，以及iv)控制信號生成單元，該控制信號生成單元用于生成控制信號，這些控制信號用于控制將所確定的量子操作序列應用于該量子計算機，從而制備該問題的量子力學表示，并根據該量子算法描述測量指示該問題的解的可觀測值。

3、由于問題描述的表示是通過包括幺正變換操作的測量操作來變換的，這些幺正變換操作啟動量子元素的狀態向與產生表示要測量的可觀測值的算符的純占據數表示的一個或多個基相對應的基態的旋轉，因此可以同時測量表示可觀測值的量子元素的狀態。這大大減少了確定量子計算機計算的結果所需的狀態制備和測量、特別是非同時測量的次數。因此，更大問題(例如，更大分子)的計算、更準確的計算(例如，考慮更多的變量)或者更快、資源密集度更低的小問題計算成為可能。

4、一般來說，該裝置可以以軟件或硬件或其組合的形式實現，其中，硬件可以指任何已知的專用或通用的經典計算機硬件。例如，該裝置可以被實現為任何已知的計算設備，如pc。然而，該裝置還可以被實現為云環境，計算網絡等，使得該裝置的至少一部分也可以被實現為網絡解決方案，從而可以分布在多個計算設備上。該裝置被適配成提供可以提供給任何已知的量子計算機硬件架構(即，可由其解釋)的控制信號。

5、該問題通常可以指可轉換成量子力學描述并且因此可以在量子計算機上計算的任何問題。然而，優選的是，該問題與化學產物或固體產物相關，例如，該問題的解可以用于確定化學產物的技術應用特性，或者該問題的解可以用于優化用于生產化學產物的化學反應。在本發明中可以有利地求解的這種問題的示例可以指計算分子或通用電子系統的基態能量。特別地，這允許在確定化學反應中出現的所有分子種類的基態能量的背景下預測反應最終產物、反應的熱力學特性和反應的動力學特性。然后，可以再次利用這種認識和反應特性來優化化學生產工藝、預測聚合物的微觀結構、優化材料性質等。進一步地，一個重要的問題涉及確定固體的基態。例如，這允許預測磁性材料的磁晶各向異性，這對例如電動機中的磁性材料是重要的。此外，該問題還可以涉及計算化學產物的多極矩。這種計算可以與確定化學產物的與電特性相關的特性(例如，化學產物在電場中的行為)相關。此外，優選的是，該問題可轉換成指費米子系統、特別是電子結構問題的量子力學描述，因為對于這種問題，由該裝置執行的方法特別適合并且允許特別減少必要的狀態制備和非同時測量的次數。

6、問題提供單元被適配成提供指示可轉換成量子力學描述的問題的問題描述。特別地，問題提供單元可以指其上已經存儲了問題描述的存儲單元。然而，問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題提供單元指示問題的問題描述。問題描述可以指任何形式的問題描述，其允許確定描述問題的量以及這些量之間相互作用的形式。優選地，問題描述是指問題的數學描述。然而，問題描述還可以指問題的任何其他明確的符號形式。在優選實施例中，問題描述已經以量子力學描述的形式提供，其中，量子力學描述以遵循量子力學規則的量來表示問題，即，是指問題在量子力學世界中的表示。然而，問題描述也可以以任何其他形式提供，其中，在這種情況下，優選的是，提供單元被適配成在將問題描述提供給變換單元之前，將所提供的問題描述轉換為量子力學問題描述。然而，這種轉換也可以省略，其中，在這種情況下，變換單元和轉換單元優選地被適配成相應地處理問題描述的相應形式，例如，通過利用從在量子力學描述中對問題描述的處理中得出的原理，或者相應地轉換問題描述。

7、變換單元被配置為將問題描述變換為量子力學表示，該量子力學表示包括表示一個或多個要測量的可觀測值的一個或多個算符。特別地，量子力學表示是指問題描述的量子力學描述的至少一部分的表示，其可以在量子計算機上制備，并且允許基于所測量的量子計算機的量子元素的狀態來確定問題的解。通常，取決于問題，用于將相應問題變換為在量子計算機上制備的量子力學表示以確定問題的解的方法是眾所周知的。用于一些一般和特定問題的這些已知方法的示例可以在文章“quantum?computational?chemistry[量子計算化學]”,s.mcardle等人,rev.mod.phys.92,(2020)，“quantum?algorithms?for?quantumchemistry?and?quantum?materials?science[用于量子化學和量子材料科學的量子算法]”,b.bauer等人,chem.rev.(2020)，以及“quantum?chemistry?in?the?age?of?quantumcomputing[量子計算時代的量子化學]”,y.cao等人,chem.rev.(2019)中找到。特別地，量子力學表示包括表示一個或多個要測量的可觀測值的一個或多個算符，即，量子力學算符。通常，可觀測值是指可測量的量，例如，位置、動量、能量、磁矩等，并且在量子力學中與算符相關聯，例如，可觀測能量與哈密頓(hamiltonian)算符相關聯，哈密頓算符表示在hilbert空間中的可觀測值，在hilbert空間中制定了量子力學表示。變換不僅包括確定可以在量子計算機上制備的一般量子力學表示，而且進一步包括確定幺正變換，這些幺正變換將表示一個或多個要測量的可觀測值的一個或多個算符旋轉成在應用這些幺正變換之后產生該一個或多個算符的純占據數表示的一個或多個基。通常，幺正變換是指保留兩個量的內積的變換。特別地，幺正變換改變了一個或多個算符的基，但不改變由算符表示的可觀測值。因此，在應用幺正變換之后，仍將測量可觀測值的相同值。提供問題描述的變換，該變換產生包括純占據數表示中的算符的量子力學表示，其優點在于，可以同時執行在量子計算機上對這些算符表示的可觀測值的測量。通常，純占據數表示是指包括可以在量子計算機上同時測量的可觀測值的問題描述。可同時測量的可觀測值具有量子力學表示，其中，i)可觀測值是兼容的，即，它們在包括量子力學描述的hilbert空間中具有共同的基，即，表示可觀測值的算符可對易，并且ii)表示可觀測值的泡利算符具有共同的測量基。示例是電子的數算符，這些數算符可以使用jordan-wigner變換由泡利z算符來表示，從而滿足這兩個要求。

8、通常，在問題描述不是以量子力學描述的形式提供的情況下，變換單元優選地進一步被適配成在確定量子力學表示之前相應地轉換該問題描述，例如，以將該問題描述映射到通常可以由相應選擇的量子計算機模擬的量子力學系統的描述，例如，通過將該問題描述映射到量子力學系統的哈密頓量，該哈密頓量定義了與該問題描述類似的量之間的關系和對這些量的影響。因此，例如，涉及優化用于生產產物的生產參數(如溫度、壓力、流速等)的領域的優化問題可以被轉換成表示量子計算機的量子力學世界中的問題的量子力學描述。在這種情況下，例如，可以將ising模型用于該轉換。然而，如果該問題已經涉及量子力學問題，例如，電子結構問題，則可以省略將該問題轉換成量子力學描述的這個具體步驟。通常，變換單元可以被適配成基于針對特定問題類別的預定規則或預定模型來轉換問題描述，或者可以被適配成基于用戶輸入在交互過程中轉換問題描述。在交互過程的情況下，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題類別(如優化問題、電子結構問題等)以確定所提供的問題的類別，并且可以進一步選擇將被應用于轉換所提供的問題的相應規則集或模型。然而，用戶界面還可以促進其他交互以對問題進行轉換。此外，為了轉換所提供的問題，轉換單元還可以被適配成訪問其上已經存儲了針對特定問題的轉換的存儲裝置，例如，針對之前例如針對不同的參數已經求解過的問題。

9、然后，轉換單元被配置為將問題的量子力學表示轉換成量子算法描述，該量子算法描述包括要應用于量子計算機的量子元素的量子操作序列。術語“量子元素”可以指量子計算機的基本構建塊。在量子計算的上下文中，這些元素通常可以被稱為量子比特。量子比特可以是經典比特的量子模擬。雖然經典比特可以表示0或1，但由于量子力學的原理，量子比特可以同時存在于兩種狀態的疊加中。量子比特可以使用各種物理系統(比如原子、離子、超導電路或光子)來實現。這些物理系統可以提供一種操縱和測量量子比特的量子態的方法。

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

11、量子操作的測量部分包括用于在制備量子力學表示之后通過測量量子元素的狀態來測量量子力學表示的可觀測值的量子操作。這些測量操作包括要應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確定的，使得幺正變換操作啟動量子元素的狀態向與產生如變換單元所確定的表示一個或多個要測量的可觀測值的一個或多個算符的純占據數表示的一個或多個基相對應的相應基態的旋轉。因此，由變換單元確定的幺正變換被轉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表示指示的狀態、特別是在應用操作序列的制備部分之后的狀態的量子元素帶入表示一個或多個算符的純占據數表示的狀態，該一個或多個算符表示一個或多個要測量的可觀測值。通常，幺正變換操作的應用會改變量子元素的狀態，使得量子元素的狀態在產生純占據數表示的基下表示可觀測值。然而，量子元素的狀態的測量提供了關于問題的解的相同結果，即，不改變可觀測值的待確定值。然而，改變基允許基于量子計算機上量子力學表示的相同制備同時讀出(即，測量)量子元素的狀態，而不是針對每個可觀測值重新多次制備量子計算機來測量由量子元素的狀態表示的可觀測值。這允許大幅減少量子計算機計算期間所需的測量制備次數。

12、控制信號生成單元被配置為生成控制信號，這些控制信號用于控制將所確定的量子操作序列應用于量子計算機。特別地，生成控制信號，使得在量子計算機上制備問題的量子力學表示，并且根據量子算法描述測量指示問題的解的可觀測值。特別地，控制信號可以指直接控制量子計算機(例如，用于操縱量子元素的狀態的量子計算機的操縱單元)的信號，但是也可以指對量子計算機的間接控制，例如，通過將控制信號提供給量子計算機控制器，然后該量子計算機控制器將控制信號轉換成量子計算機的操縱部分的相應控制動作。因此，控制信號可以以可直接用于控制量子計算機或可由量子計算機控制器讀取并且然后可以被轉換成相應的控制動作的任何格式提供。

13、在實施例中，該變換單元被適配成通過以下方式來確定這些幺正變換：i)對要測量的該一個或多個可觀測值的一個或多個算符的張量表示應用因式分解，以及ii)對該一個或多個算符的因式分解后的張量表示的所得矩陣項應用對角化。在大多數應用案例中，表示可觀測值的算符中的至少一些可以表示為張量。然后可以利用相應的矩陣因式分解將張量分解為矩陣乘積的和。因此，通過因式分解，表示一個或多個算符的張量被分解成矩陣項的乘積。然后，可以對因式分解后的張量表示的這些矩陣項進行對角化，以基于對角化矩陣項確定幺正變換。通常，變換單元可以利用已知算法來執行因式分解和對角化。優選地，為了將一個或多個算符的因式分解后的張量表示中的矩陣項對角化，變換單元被適配成針對因式分解后的張量表示的每個矩陣項確定特征值和對應的特征向量，并將要測量的可觀測值確定為算符的因式分解后的張量表示的對應特征向量和特征值的表達式。因此，因式分解和對角化允許用特征值和對應的特征向量來表示表示可觀測值的算符。特別地，算符通過幺正變換旋轉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。因此，可以通過確定允許將量子元素旋轉到狀態的操作來確定幺正變換操作，這些狀態是指因式分解后的張量表示的分別確定的特征向量狀態。

14、在優選實施例中，問題描述可轉換成問題的相對論哈密頓描述。在這種情況下，優選的是，變換單元被適配成應用takagi因式分解來確定幺正變換。可替代地，優選的是，變換單元被適配成應用主元cholesky因式分解來確定幺正變換。特別地，變換單元可以應用這兩種因式分解方法來因式分解一個或多個算符的張量表示，例如，如上所述。此外，優選的是，這兩種因式分解方法特別適用于指相對論哈密頓量的雙費米子算符、特別是雙電子算符的算符。

15、在實施例中，變換單元被適配成將表示要測量的可觀測值的量子力學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或多個要測量的可觀測值的算符的純占據數表示的量子力學表示。通過將表示一個或多個要測量的可觀測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數表示(例如，利用上述方法中的任一種)，例如，僅對變換最有利的量子力學表示的項(即，算符)執行變換。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量所需的制備的次數，而例如，第一部分的變換不會提供這樣的進一步益處，即不會導致測量所需的制備的次數的進一步減少。因此，通過相應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算資源較少。優選地，第一部分的第一算符可轉換成量子力學表示，該量子力學表示是指表示要測量的可觀測值的算符的純占據數表示。因此，如果可能的話，優選的是，第一部分是指算符中已經可轉換成純占據數表示而無需應用如上所述的相應變換的部分。因此，對于這一部分，不需要應用幺正變換來改進量子元素的狀態的測量。

16、在優選實施例中，量子力學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。通常，變換為密度-密度相互作用的項的表示是占據數表示的示例，使得為了將雙電子算符變換為密度-密度相互作用的項，也可以利用上述方法，特別是導致確定特征值和特征向量的因式分解和對角化。然而，也可以利用允許將雙電子算符變換為密度-密度相互作用的項的其他方法。優選地，變換單元被適配成通過利用單位分解(ri)近似將雙電子算符變換為密度-密度相互作用的項。這種方法允許在量子計算機上特別高效地測量雙電子算符。

17、在實施例中，量子力學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任意階張量進行對稱化和/或埃爾米特化。特別地，與化學應用相關的許多問題包括如上所定義的這種算符。然后，對該張量進行對稱化和/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，相應張量的對稱化和/或埃爾米特化允許增加可以執行相應改進的測量的問題范圍。優選地，變換單元被適配成進一步對對稱化和/或埃爾米特化的任意階張量應用低秩分解，以確定幺正變換。例如，低秩分解可以包括因式分解和對角化以及確定特征向量和特征值的步驟，如上文已經描述的。

18、在本發明的另一方面中，提出了一種用于在量子計算機上執行量子力學計算的系統，其中，該系統包括i)量子計算機，該量子計算機被適配成基于所提供的控制信號來執行量子力學計算，以及ii)根據前述權利要求中任一項所述的裝置，該裝置被適配成向該量子計算機提供控制信號以控制量子力學計算的執行。

19、在本發明的另一方面中，提出了一種用于生成用于測量量子計算機的量子元素的狀態的控制信號的計算機實施的方法，其中，所測量的狀態指示可觀測值，這些可觀測值指示可轉換成量子力學描述的問題的解，其中，該方法包括i)提供指示要求解的該問題的問題描述，其中，該問題描述可轉換成量子力學描述，ii)將該問題描述變換為量子力學表示，該量子力學表示包括一個或多個算符，該一個或多個算符表示指示該問題的解的一個或多個要測量的可觀測值，其中，該變換進一步包括確定幺正變換，這些幺正變換將表示一個或多個要測量的可觀測值的該一個或多個算符旋轉成在應用這些幺正變換之后產生該一個或多個算符的純占據數表示的一個或多個基，iii)將該量子力學描述轉換成量子算法描述，該量子算法描述包括要應用于該量子計算機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算機上制備該量子力學表示，使得指示該問題的解的可觀測值是可測量的，以及b)測量部分，該測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表示之后通過測量這些量子元素的狀態來測量這些可觀測值，其中，這些測量操作包括要應用于量子元素的幺正變換操作，其中，該轉換包括基于所確定的幺正變換來確定這些幺正變換操作，使得這些幺正變換操作啟動這些量子元素的狀態向與產生表示一個或多個要測量的可觀測值的該一個或多個算符的純占據數表示的該一個或多個基相對應的相應基態的旋轉，以及iv)提供控制信號，這些控制信號用于控制將所確定的量子操作序列應用于該量子計算機，從而制備該問題的量子力學表示，并根據該量子算法描述測量指示該問題的解的可觀測值。

20、在本發明的另一方面中，提出了一種用于生成用于測量量子計算機的量子元素的狀態的控制信號的計算機程序產品，其中，該計算機程序產品包括用于分別使如上所述的裝置或系統執行如上所述的方法的程序代碼裝置。

21、在本發明的另一方面中，提出了一種用于確定可轉換成量子力學描述的問題的解的求解裝置，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算機的控制信號，ii)量子計算機接口單元，該量子計算機接口單元用于與量子計算機接口連接以向該量子計算機提供這些控制信號并接收所測量的可觀測值的結果，以及iii)確定單元，該確定單元被配置用于基于接收到的測量結果來確定該問題的解。

22、通常，基于接收到的測量結果的問題的解可以以任何已知的方式來確定，特別是取決于特定問題，并且特別是可以在經典計算系統上執行。此外，為了確定問題的解，還可以利用混合計算方法，其中，基于在量子計算系統上測量可觀測值的結果，在經典計算系統上執行計算，并且這些經典計算的結果再次用作量子計算機計算的輸入，例如，通過修正在量子計算機上求解的問題中的一個或多個變量，并且可觀測值的測量結果再次用于經典計算系統上的進一步計算。這種迭代可以用于提高問題的解的準確度，同時優化用于計算問題所需的計算資源。

23、在本發明的另一方面中，提出了一種用于確定可轉換成量子力學描述的問題的解的計算機實施的求解方法，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算機程序產品中的任一種來生成用于控制量子計算機的控制信號，ii)與量子計算機接口連接以向該量子計算機提供這些控制信號并接收所測量的可觀測值的結果，以及iii)基于所接收的測量結果來確定該問題的解。

24、在本發明的另一方面中，提出了一種用于基于與化學產物或固體產物相關的問題的解來確定該化學產物或固體產物的技術應用特性的特性確定裝置，其中，該問題可轉換成量子力學描述，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算機的控制信號，ii)量子計算機接口單元，該量子計算機接口單元用于與量子計算機接口連接以向該量子計算機提供這些控制信號并接收所測量的可觀測值的結果，以及iii)一個或多個處理器，該一個或多個處理器被配置用于基于接收到的測量結果來確定該化學產物或固體產物的技術應用特性。通常，化學產物可以指任何化學產物，例如，可以指物質或物質的混合物、分子、蛋白質、聚合物等。特別地，化學產物可以是任何有機或無機化學產物、化學分子和/或生物產物。固體產物可以是任何固體產物，例如，金屬化合物、晶體等。特別地，固體產物可以是具有周期性晶格結構的固體。優選地，固體產物是半導體或超導體。

25、技術應用特性通常可以指化學產物或固體產物的允許評估在其生產后提供的相應化學產物或固體產物的技術適用性的任何特性。優選地，技術應用特性包括機械特性、光譜特性、物理化學特性、化學特性和生物特性中的至少一種。通常，機械特性可以指以下中的任一種：粘附力、拉伸強度、剛度、硬度、收縮率、伸長率、裂縫撕裂、撕裂強度、回彈、可壓縮性、磨損、溢出、形態、觸覺特性、斷裂應力、斷裂伸長率、粒度和填充度。光譜特性通常可以包括以下中的任一種：著色、濁度、不透明度、透明度、反射、外觀、吸收、散射、色強度(color?strength)、色調、色飽和度、色度(colourintensity)、濁點、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，物理化學特性可以指以下中的任一種：密度、粘度、k值、摩爾質量、分散性、摩爾質量分布、粒度分布、溶解度、分配系數、界面特性、表面張力、可分散性、儲存穩定性、氣味、離析、凝結、電導率、電容量、表面積、流動時間、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、響應角、靜電荷、最低成膜溫度、電荷密度、靜電多極矩和熱導率。化學特性可以包括以下中的任一種：反應熱力學、反應動力學、耐化學性、反應時間、脫模時間、生長、硬/軟段含量、結晶度、反應溫度、反應壓力、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、易燃氣體的形成、對火反應、爆燃率、殘留單體計數、副產品形成、聚合度、鹽含量、耐溫性、氧化特性、還原特性、反應性、灰分含量、不揮發性物質含量、穩定性、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、特別是對病原性病毒、細菌、真菌、植物或動物或所述病原體發育階段的抗性，對環境參數的耐受性例如耐旱性，對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，生物轉化，生態毒理學，致敏性、特別是過敏性，細菌計數，酶活性，底物特異性，輔因子依賴性，產物特異性，底物和/或產物抑制，解離常數，米氏動力學值，在以下不同項下或在以下不同項中的活性/穩定性：ph，溫度，壓力，有機溶劑濃度，載體配制品，包封配制品；環境中的分布，區室化，生物積累，生物暴露ld50，誘變性。

26、通常，在該實施例中，如上所述的裝置針對其生成用于控制量子計算系統的控制信號的問題可以指對其求解可以導致得到化學產物或固體產物的相應技術應用特性(例如，上述技術應用特性之一)的任何問題。特別地，該問題可以指電子結構問題，其中，基于電子結構問題的解，可以得到相應化學產物或固體產物的多個另外的特性。在本發明中可以有利地求解的這種問題的示例可以指計算分子或通用電子系統的基態能量。特別地，這允許在確定化學反應中出現的所有分子種類的基態能量的背景下預測反應最終產物、反應的熱力學特性和反應的動力學特性。然后，可以再次利用這種認識和反應特性來優化化學生產工藝、預測聚合物的微觀結構、優化材料性質等。進一步地，一個重要的問題涉及確定固體的基態。例如，這允許預測磁性材料的磁晶各向異性，這對例如電動機中的磁性材料是重要的。此外，該問題還可以涉及計算化學產物的多極矩。這種計算可以與確定化學產物的與電特性相關的特性(例如，化學產物在電場中的行為)相關。因此，基于可觀測值的測量結果來確定技術應用特性的值是基于應確定的相應技術應用特性，并且進一步基于由可觀測值的測量結果所指示的問題的解提供的信息。

27、在本發明的另一方面中，提出了一種用于基于與化學產物或固體產物相關的問題的解來確定該化學產物或固體產物的技術應用特性的計算機實施的特性確定方法，其中，該問題可轉換成量子力學描述，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算機程序產品中的任一種來生成用于控制量子計算機的控制信號，ii)與量子計算機接口連接以向該量子計算機提供這些控制信號并接收所測量的可觀測值的結果，以及iii)基于接收到的測量結果來確定該化學產物或固體產物的技術應用特性。

28、在本發明的另一方面中，提出了一種用于確定包括目標技術應用特性的目標化學產物或固體產物的裝置，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技術應用特性和潛在化學產物或固體產物，以及ii)如上所述的裝置，該裝置用于基于該潛在化學產物或固體產物和該目標技術應用特性生成用于控制量子計算機的控制信號，iii)量子計算機接口單元，該量子計算機接口單元用于與量子計算機接口連接以向該量子計算機提供這些控制信號并接收要測量的可觀測值的結果，以及iii)一個或多個處理器，該一個或多個處理器被配置用于a)基于接收到的測量結果來確定該潛在化學產物或固體產物的技術應用特性，以及b)將所確定的該潛在化學產物或固體產物的技術應用特性與該目標技術應用特性進行比較，并且基于該比較，i)將該潛在化學產物或固體產物確定為該目標化學產物或固體產物，或ii)提供新的潛在化學產物或固體產物并利用該新的潛在化學產物或固體產物重復對技術應用特性的確定，以及iv)輸出接口，該輸出接口被配置為提供用于生產所確定的目標化學產物或固體產物的控制信號。

29、特別地，在此上下文中，由輸入接口執行的提供可以指從應用例如相應輸入接口的用戶的輸入接收目標應用特性并將該目標應用特性提供給量子計算機接口。此外，該提供還可以指訪問已經存儲有目標應用特性的存儲單元并提供該目標應用特性。進一步地，該提供還可以包括例如經由網絡連接從其他源接收目標應用特性，以及提供接收到的目標應用特性。通常，目標應用特性可以指一個目標值，例如化學產物或固體產物的特定硬度，也可以指化學產物或固體產物應該符合的值范圍。此外，目標應用特性還可以指任何類型的目標函數，例如，在變化的環境條件下特性的時間序列，如在變化的溫度條件下的硬度。這種更復雜的目標應用特性在化學產物或固體產物的應用包括不同環境條件(例如，不同的溫度)的情況下可以是有利的。然后，目標化學產物或固體產物是指當以相應的形式(例如，作為純物質或混合物)提供時在預定限制內符合相應目標技術應用特性的化學產物或固體產物。特別地，當根據對應配方生產時，目標化學產物或固體產物提供相應的目標技術應用特性。

30、潛在化學產物或固體產物可以以任何數字可表示的格式提供，使得潛在化學產物或固體產物和/或潛在化學產物或固體產物的特性可以由裝置處理。此外，提供潛在化學產物或固體產物還可以包括提供用于確定潛在化學產物或固體產物的技術應用特性的相應問題。然而，相應的問題也可以例如由裝置基于潛在化學產物或固體產物和所提供的目標技術應用特性來自動選擇。然而，例如，用戶也可以基于潛在化學產物或固體產物和/或目標技術應用特性優選地基于對呈現給用戶的多個可能問題的選擇來選擇相應問題。

31、所確定的技術應用特性與目標技術應用特性的比較允許確定所確定的技術應用特性是否滿足預定標準，該預定標準例如是所確定的技術應用特性在預定限制內符合目標技術應用特性。如果滿足這種標準，則將潛在目標化學產物或固體產物分別確定為目標化學產物或固體產物，并且該方法繼續進行到下一步驟。然而，如果該比較表明所確定的技術應用特性不在預定限制內符合目標技術應用特性，則必須處理利用新的潛在化學產物或固體產物的下一迭代步驟。特別地，對于迭代的每個迭代步驟，優選地基于先前的潛在化學產物或固體產物，例如通過修改先前化學產物或固體產物的一個或多個特征(例如，一個或多個成分或其他特性)來確定新的潛在化學產物或固體產物。然而，新的潛在化學產物或固體產物也可以通過例如從大量先前產生的潛在化學產物或固體產物中任意選擇新的潛在化學產物或固體產物來產生。此外，還可以利用更復雜的方法從多個先前已經產生的潛在化學產物或固體產物中選擇新的潛在化學產物或固體產物。基于新的潛在化學產物或固體產物，在每個迭代步驟中，再次利用量子計算機來確定技術應用特性，并且再次將這樣確定的技術應用特性與目標技術應用特性進行比較，使得該比較可以再次導致進一步的迭代步驟，或者如果滿足相應的標準，則可以選擇相應的新的潛在化學產物或固體產物作為目標化學產物或固體產物。此外，還可以選擇用于迭代的附加中止標準，例如，可以確定迭代中止之前的迭代步驟數量，并通知用戶不能找到針對相應目標技術應用特性的目標化學產物或固體產物。然而，可替代地，在預定量的迭代步驟之后，該方法可以進一步包括例如通過增大目標技術應用特性周圍的預定限制并且以便當在比較期間利用增大的限制的同時重復迭代來修改目標技術應用特性。這可以允許找到盡可能多地符合目標技術應用特性的目標化學產物或固體產物，即使可能不可能符合原始目標。在如上所述的那樣確定目標化學產物或固體產物之后，可以例如經由輸出單元向用戶提供目標化學產物或固體產物。優選地，利用目標化學產物或固體產物的配方來生成控制數據，該控制數據可以用于控制用于生產目標化學產物或固體產物的生產系統。

32、在本發明的另一方面中，提出了一種用于確定包括目標技術應用特性的目標化學產物或固體產物的計算機實施的方法，其中，該方法包括i)提供目標技術應用特性和潛在化學產物或固體產物，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算機程序產品中的任一種來基于該潛在化學產物或固體產物生成用于控制量子計算機的控制信號，iii)與量子計算機接口連接以向該量子計算機提供這些控制信號并接收所測量的可觀測值的結果，以及iv)基于接收到的測量結果來確定該潛在化學產物或固體產物的技術應用特性，以及v)將所確定的該潛在化學產物或固體產物的技術應用特性與該目標技術應用特性進行比較，并且基于該比較，a)將該潛在化學產物或固體產物確定為該目標化學產物或固體產物，或b)提供新的潛在化學產物或固體產物并利用該新的潛在化學產物或固體產物重復對技術應用特性的確定，以及vi)提供用于生產所確定的目標化學產物或固體產物的控制信號。

33、在本發明的另一方面中，提出了如上所述的裝置用于求解涉及化學反應性、光譜和光譜特性以及可從化學產物或固體產物的電子結構問題計算得到的分子特性中的至少一項的問題的用途。

34、在本發明的另一方面中，提出了如上所述的裝置用于求解涉及以下中的至少一項的問題的用途：含有過渡金屬(包括鑭系元素和錒系元素)的金屬有機化合物、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境中的過渡金屬化合物。

35、在本發明的另一方面中，提出了如上所述的裝置用于確定預定化學反應的活化能和/或反應能的用途。通常，活化能是指過渡態與反應物之間的能量差。反應能是指產物與反應物之間的能量差。化學反應可以是復雜反應網絡的一部分，例如催化循環的一部分。利用如上所述的裝置在以下情況下是特別有利的：該反應系統的至少一種物質a)含有一個或幾個具有不成對電子的過渡金屬原子、鑭系元素原子和/或錒系元素原子，或b)展現出在占據和未占據電子軌道之間具有小能量間隙的電子結構，即，該能量間隙等于或小于采用相同電子結構方法(即，相同基組、相同自洽場(scf)方法，例如hartre-fock等)計算的分子臭氧、并五苯或對醌二甲烷中的至少一種分子的間隙，或c)顯示出超過預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參考狀態的ccsd波函數的單激發振幅的frobenius范數通過ccsd計算中相關電子數的平方根縮放來確定，并且其中，d1診斷基于基于hartree-fock參考狀態的ccsd或mp2波函數的單激發振幅的矩陣2范數來確定，并且其中，d2診斷類似于d1診斷來確定，但涉及雙激發，并且其中，zs(1)診斷基于從近似相關波函數(比如部分收斂但定性正確的密度矩陣重整化群(dmrg)波函數)獲得的軌道糾纏信息來確定，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于ccsd(t)獲得的總原子化能來確定。

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

37、在另一方面中，提出了根據如上所述的裝置、如上所述的方法和如上所述的計算機程序產品中的任一個生成的控制信號。

38、應當理解，如上所述的裝置、如上所述的方法和如上所述的計算機程序產品具有相似和/或完全相同的優選實施例，特別是如從屬權利要求中所定義的。

39、應當理解，本發明的優選實施例也可以是從屬權利要求或上述實施例與相應獨立權利要求的任意組合。

40、本發明的這些和其他方面將參考下文描述的實施例變得顯而易見并且進行說明。