一种量子计算模拟方法、装置、存储介质和电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种量子计算模拟方法、装置、存储介质和电子装置，方法包括：遍历目标量子程序，判断所述目标量子程序是否符合预设适用条件；若符合，拆分所述目标量子程序对应的量子线路，构建子量子线路；针对每条所述子量子线路，初始化所述子量子线路对应量子比特的量子态振幅值，并计算量子比特经对应所述子量子线路执行后的量子态振幅值；根据各条子量子线路对应的振幅值，计算所述量子线路对应量子比特的量子态振幅值，实现量子计算模拟。利用本发明专利技术实施例，能够提高量子计算的模拟效率。

A Quantum Computing Simulation Method, Device, Storage Media and Electronic Device

【技术实现步骤摘要】
一种量子计算模拟方法、装置、存储介质和电子装置
本专利技术属于量子计算
，特别是一种量子计算模拟方法、装置、存储介质和电子装置。
技术介绍
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算模拟是一个借助数值计算和计算机科学来仿真遵循量子力学规律的模拟计算，作为一个仿真程序，它依据量子力学的量子比特的基本定律，利用计算机的高速计算能力，刻画量子态的时空演化。目前，可以先通过量子计算的相关理论，用经典计算机实现量子计算模拟，主要包括全振幅模拟与单振幅模拟，其中，全振幅模拟一次能够模拟出量子比特的量子态的所有振幅，单振幅模拟一次只模拟出所有量子态的振幅中的一个。但是，随量子程序中量子线路包含的量子比特数越多，两种模拟的内存开销随之增长，全振幅模拟的内存开销更呈指数增长，造成模拟效率降低。如要对涉及30个量子比特的量子计算进行模拟时，内存开销需16GByte(吉字节)；40个量子比特时，内存开销需16TByte(太字节)，即210*(16GByte)；50个量子比特时，内存开销则需16PByte(拍字节)，即210*(16TByte)。并且，随着模拟的量子比特数越多，量子线路的复杂度增大，模拟效率也会随之下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种量子计算模拟方法、装置、存储介质和电子装置，以解决现有技术中的不足，它能够提高量子计算的模拟效率。本专利技术采用的技术方案如下：为达到上述目的，本专利技术提供了一种量子计算模拟方法，所述方法包括：遍历目标量子程序，判断所述目标量子程序是否符合预设适用条件；若符合，拆分所述目标量子程序对应的量子线路，构建子量子线路；针对每条所述子量子线路，初始化所述子量子线路对应量子比特的量子态振幅值，并计算量子比特经对应所述子量子线路执行后的量子态振幅值；根据各条子量子线路对应的振幅值，计算所述量子线路对应量子比特的量子态振幅值，实现量子计算模拟。可选的，所述预设适用条件包括：所述目标量子程序包含单量子逻辑门和/或双量子逻辑门。可选的，所述拆分目标量子程序对应的量子线路，构建子量子线路，包括：判断所述目标量子程序对应的量子线路中是否包含双量子逻辑门；其中，所述量子线路包括：目标量子程序的前预设数量个量子比特所处的第一部分量子线路和其余量子比特所处的第二部分量子线路；若包含双量子逻辑门，判断每一双量子逻辑门操作的两量子比特是否分别处于第一部分量子线路和第二部分量子线路中；若每一双量子逻辑门操作的两量子比特均不分别处于第一部分量子线路和第二部分量子线路中，将所述量子线路的第一部分量子线路确定为一子量子线路，第二部分量子线路确定为另一子量子线路；其中，各条子量子线路中的量子比特位均从0依序编号。可选的，所述方法还包括：若不包含双量子逻辑门，将所述量子线路的第一部分量子线路确定为一子量子线路，第二部分量子线路确定为另一子量子线路；其中，各条子量子线路中的量子比特位均从0依序编号。可选的，所述方法还包括：若存在所操作的两量子比特分别处于第一部分量子线路和第二部分量子线路中的双量子逻辑门，判断该存在的各双量子逻辑门是否均为特定种类的双量子逻辑门；若均为特定种类的双量子逻辑门，针对每一特定种类的双量子逻辑门，将该双量子逻辑门拆分为第一预设单门、第二预设单门和特定单量子逻辑门，并生成当前量子线路的副本，将所述第一预设单门添加到当前量子线路中，将所述第二预设单门和特定单量子逻辑门添加到当前量子线路的副本中；其中，所述第一预设单门和所述第二预设单门操作的目标量子比特均为该双量子逻辑门的控制比特，所述特定单量子逻辑门操作的目标量子比特为该双量子逻辑门的操作比特，所述特定单量子逻辑门由该双量子逻辑门的种类确定；拆分当前添加完成的所有新量子线路，将每一新量子线路对应的当前第一部分量子线路及第二部分量子线路，均确定为子量子线路；其中，各条子量子线路中的量子比特位均从0依序编号。可选的，所述特定种类至少包括以下一种或多种：CNOT门、CZ门和CR门。可选的，所述计算量子比特经对应子量子线路执行后的量子态的振幅值，包括：当子量子线路中包含量子逻辑门时，基于子量子线路中量子逻辑门的执行时序，计算各量子逻辑门操作后的量子态的振幅值，直至得到最后一个量子逻辑门操作后的量子态的振幅值，作为量子比特经对应子量子线路执行后的量子态的振幅值；其中，第一个量子逻辑门操作后的量子态振幅值根据对应量子比特初始化后的量子态振幅值和所述第一个量子逻辑门的酉矩阵计算得到，其余量子逻辑门操作后的量子态振幅值根据前一量子逻辑门操作后的量子态振幅值和当前量子逻辑门的酉矩阵计算得到；否则，将初始化得到的量子态的初始振幅值，确定为该子量子线路执行后的量子态振幅值。可选的，所述根据各条子量子线路对应的振幅值，计算所述量子线路对应量子比特的量子态振幅值，包括：在各子量子线路中均包含量子逻辑门的情况下，根据各条子量子线路对应的振幅值，计算所述量子线路对应量子比特的量子态的振幅值；否则，根据不包含量子逻辑门的子量子线路外的其余子量子线路对应的振幅值，计算所述量子线路对应量子比特的量子态的振幅值。为达到上述目的，本专利技术提供了一种量子计算模拟装置，所述装置包括：遍历模块，用于遍历所述目标量子程序，判断所述目标量子程序是否符合预设适用条件；构建模块，用于所述目标量子程序符合预设适用条件的情况下，拆分目标量子程序对应的量子线路，构建子量子线路；第一计算模块，用于针对每条子量子线路，初始化所述子量子线路对应量子比特的量子态振幅值，并计算对应量子比特经子量子线路执行后的量子态振幅值；第二计算模块，用于根据各条子量子线路对应的振幅值，计算所述量子线路对应量子比特的量子态振幅值，实现量子计算模拟。可选的，所述预设适用条件包括：所述目标量子程序包含单量子逻辑门和/或双量子逻辑门。可选的，所述构建模块，具体用于：判断所述目标量子程序对应的量子线路中是否包含双量子逻辑门；其中，所述量子线路包括：目标量子程序的前预设数量个量子比特所处的第一部分量子线路和其余量子比特所处的第二部分量子线路；若包含双量子逻辑门，判断每一双量子逻辑门操作的两量子比特是否分别处于第一部分量子线路和第二部分量子线路中；若每一双量子逻辑门操作的两量子比特均不分别处于第一部分量子线路和第二部分量子线路中，将所述量子线路的第一部分量子线路确定为一子量子线路，第二部分量子线路确定为另一子量子线路；其中，各条子量子线路中的量子比特位均从0依序编号。可选的，所述装置还包括：第一确定模块，用于在不包含双量子逻辑门的情况下，将所述量子线路的第一部分量子线路确定为一子量子线路，第二部分量子线路确定为另一子量子线路；其中，各条子量子线路中的量子比特位均从0依序编号。可选的，所述装置还包括：判断模块，用于存在所操作的两量子比特分别处于第一部分量子线路和第二部分量子线路中的双量子逻辑门的情况下，判断该存在的各双量子逻辑门是否均为特定种类的双量子逻辑门；添加模块，用于所述存在的各双量子逻辑门均为特定种类的双量子逻辑门的情况下，针对每一特定种类的双量子逻辑门，将该双量子逻辑门拆分为第一预设单门、第二预设单门和特定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种量子计算模拟方法，其特征在于，所述方法包括：遍历目标量子程序，判断所述目标量子程序是否符合预设适用条件；若符合，拆分所述目标量子程序对应的量子线路，构建子量子线路；针对每条所述子量子线路，初始化所述子量子线路对应量子比特的量子态振幅值，并计算量子比特经对应所述子量子线路执行后的量子态振幅值；根据各条子量子线路对应的振幅值，计算所述量子线路对应量子比特的量子态振幅值，实现量子计算模拟。

【技术特征摘要】
1.一种量子计算模拟方法，其特征在于，所述方法包括：遍历目标量子程序，判断所述目标量子程序是否符合预设适用条件；若符合，拆分所述目标量子程序对应的量子线路，构建子量子线路；针对每条所述子量子线路，初始化所述子量子线路对应量子比特的量子态振幅值，并计算量子比特经对应所述子量子线路执行后的量子态振幅值；根据各条子量子线路对应的振幅值，计算所述量子线路对应量子比特的量子态振幅值，实现量子计算模拟。2.根据权利要求1所述的量子计算模拟方法，其特征在于，所述预设适用条件包括：所述目标量子程序包含单量子逻辑门和/或双量子逻辑门。3.根据权利要求2所述的量子计算模拟方法，其特征在于，所述拆分目标量子程序对应的量子线路，构建子量子线路，包括：判断所述目标量子程序对应的量子线路中是否包含双量子逻辑门；其中，所述量子线路包括：目标量子程序的前预设数量个量子比特所处的第一部分量子线路和其余量子比特所处的第二部分量子线路；若包含双量子逻辑门，判断每一双量子逻辑门操作的两量子比特是否分别处于第一部分量子线路和第二部分量子线路中；若每一双量子逻辑门操作的两量子比特均不分别处于第一部分量子线路和第二部分量子线路中，将所述量子线路的第一部分量子线路确定为一子量子线路，第二部分量子线路确定为另一子量子线路；其中，各条子量子线路中的量子比特位均从0依序编号。4.根据权利要求3所述的量子计算模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：若不包含双量子逻辑门，将所述量子线路的第一部分量子线路确定为一子量子线路，第二部分量子线路确定为另一子量子线路；其中，各条子量子线路中的量子比特位均从0依序编号。5.根据权利要求3所述的量子计算模拟方法，其特征在于，所述方法还包括：若存在所操作的两量子比特分别处于第一部分量子线路和第二部分量子线路中的双量子逻辑门，判断该存在的各双量子逻辑门是否均为特定种类的双量子逻辑门；若均为特定种类的双量子逻辑门，针对每一特定种类的双量子逻辑门，将该双量子逻辑门拆分为第一预设单门、第二预设单门和特定单量子逻辑门，并生成当前量子线路的副本，将所述第一预设单门添加到当前量子线路中，将所述第二预设单门和特定单量子逻辑门添加到当前量子线路的副本中；其中，所述第一预设单门和所述第二预设单门操作的目标量子比特均为该双量子逻辑门的控制比特，所述特定单量子逻辑门操作的目标量子比特为该双量子逻辑门的操作比特，所述特定单量子逻辑门由该双量子逻辑门的种类确定；拆分当前添加完成的所有新量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞磊，窦猛汉，
申请(专利权)人：合肥本源量子计算科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34