量子电路优化制造技术

本文描述了实现优化器的技术，该优化器接收量子电路的部分；从所接收的量子电路的部分内识别量子门模式以执行量子功能；在库中搜索所识别的量子门模式的量子门替换模式，该替换模式也执行该量子功能；确定所述量子门替换模式的量子成本低于所识别的量子门模式的量子成本；以及用所述量子门替换模式替换所识别的量子门模式。量子门模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】量子电路优化


[0001]本文描述的实施例一般涉及优化由经典工艺构建的量子电路。

技术介绍

[0002]量子计算机是一种利用诸如叠加和纠缠的量子力学现象来处理数据的计算系统。在数字计算机中，数据被编码成两个确定状态之一(“0”或“1”)的二进制数字(比特)，与数字计算机不同，量子计算要求数据被编码成量子比特(以下简称“量子比特(qubit)”)，其中单个量子比特可以表示“1”、“0”或两个量子比特状态的任何量子叠加。一般来说，具有N个量子比特的量子计算机可以同时处于多达2
N
个不同状态的任意叠加中，即，一对量子比特可以处于四个状态的任何量子叠加中，而三个量子比特可以处于八个状态的任何叠加中。
[0003]大规模量子计算机解决某些问题比数字计算机(这里也称为“经典计算机”)快得多。在量子计算机的操作中，可以通过将量子比特设置在受控的初始状态来使计算初始化。通过操纵这些量子比特，实现预定的量子逻辑门序列，该量子逻辑门序列代表要解决的问题的解，这被称为量子算法。量子算法，如肖尔(Shor)算法、西蒙(Simon)算法等，可以比任何可能的经典算法更高效地运行。
[0004]基于量子计算机在解决某些问题中的固有优势，挑战在于对量子计算机进行编程，以高效和经济的方式利用其优势。

技术实现思路

[0005]在一个示例实施例中，一种优化量子电路的方法包括：识别旨在执行功能的一组量子电路门；从模板库中找到也执行该功能的量子电路门模板；以及用所述量子电路门模板替换所识别的一组量子电路门。
[0006]在另一示例实施例中，一种计算机可读介质存储指令，所述指令在执行时使数字计算处理器接收量子电路的部分；从所述量子电路的所接收部分内识别与来自预先生成的模板库的模式的一部分相匹配的量子门模式；在所述模板库中搜索量子门替换模式；确定所述量子门替换模式的量子成本低于所识别的量子门模式的量子成本；以及用所述量子门替换模式替换所识别的量子门模式。
[0007]在又一实施例中，一种优化器包括：量子电路分析器，用于识别与来自预先生成的模板库的模式的至少一部分相匹配的量子门模式；所述模板库，用于：执行算法以搜索量子门替换模式，识别量子门替换模式，以当确定所述量子门替换模式的量子成本小于所识别的量子门模式的量子成本时，替换所识别的量子门模式，并且用所述量子门替换模式替换所识别的量子门模式。
[0008]前述内容仅仅是说明性的，并且不意图以任何方式用于限制。除了上述的说明性的方面、实施例和特征之外，通过参照附图和下面的详细说明，其他方面、实施例和特征将变得明显。
附图说明
[0009]在以下详细描述中，仅作为例示描述实施例，这是因为根据以下详细描述，各种改变和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。在不同附图中使用相同的附图标记指示相似或相同的项目。
[0010]图1示出表示如本文所述的具有多个元件的模板的示例实施例的量子电路图。
[0011]图2A示出表示如本文所述的具有多个元件的输入电路的示例实施例的量子电路图。
[0012]图2B示出根据本文所述的至少一些实施方式的表示通过基于模板优化获得的优化电路的电路图。
[0013]图3示出表示根据本文描述的至少一些实施例布置的用来优化量子电路的示例经典计算系统的框图；
[0014]图4示出表示根据本文描述的至少一些实施例布置的示例经典计算系统优化器的框图；
[0015]图5示出根据本文描述的至少一些实施例布置的用于在经典计算环境中优化量子电路的示例处理流程；
[0016]图6示出说明性计算实施例，其中优化量子电路的任何过程和子过程可以被实现为存储在计算机可读介质上的可执行指令。
具体实施方式
[0017]在下面的详细描述中，参考构成说明书的一部分的附图。在附图中，类似的符号通常标识类似的组件，除非文中另有规定。此外，除非另外指出，否则对每个连续附图的描述可以参考来自一个或多个先前附图的特征，以提供当前示例性实施例的更清楚的背景和更实质性的解释。然而，在详细说明书、附图和权利要求中描述的示例实施例不意味着限制。在不背离本文中所提出的主题的精神和范围的情况下，可以利用其他实施方式，并可以进行其他改变。容易理解的是，可以用各种不同的配置中对本文中一般描述的和附图中例示的本专利技术的方面进行设置、替换、结合、分离和设计，这些配置全部都在本文中明确地考虑到。
[0018]本文描述了以系统、装置、应用、程序和方法中的一个或多个体现的手段，由此通过使用例如映射和替换(map
‑
and
‑
replace)技术的量子门模板的算法合成来简化量子电路。
[0019]在本说明书中，除了它们被接受的含义之外，还可以如下使用术语：
[0020]“经典计算”、“经典程序”、“数字计算”、“数字程序”或其变体可以指已经被转换成二进制数的数据的计算/处理。经典计算处理器可包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、张量处理单元(TPU)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列等以及它们的自由排列(unbound permutations)。其非限制性示例可包括可被并行化并在多核经典计算机上运行的经典优化功能；具有用于执行并行计算的GPU的经典计算机等。
[0021]“量子计算”或其变体可以指已经被编码为量子比特的数据的计算/处理。量子计算利用量子比特进行计算，以产生比经典计算快得多的结果，或者使经典计算中难以解决的问题变得易于处理。本文描述的实施例当然考虑到随着技术的发展在甚至更快和更高效
的量子计算系统中的实施方式。
[0022]“环境”可以指其中存在组件的计算环境，这些组件在执行程序时可以利用例如实用程序，如库、其他程序、其他硬件等。因此，在本文中可以指经典计算环境、量子计算环境等。
[0023]“量子门”可以指一种受控的相互作用，其操纵量子计算系统中量子比特的状态和/或相位，从而改变系统的信息内容。
[0024]“量子电路”可以指作用于一组量子比特的一系列量子门操作。这个名字在历史上来自于被表达为一系列量子逻辑门的量子算法，类似于传统电路设计中的经典逻辑门。
[0025]可以使用量子电路来表示量子信息处理(QIP)算法。抽象的门操作已被用于QIP算法的设计和构造，当在物理层上实现时，必须将QIP算法编译成操纵量子比特状态的一组硬件特定操作。在此背景中，逻辑门可以指抽象的、面向设计的操作，而物理门可以指硬件特定的实施方式。
[0026]通常，在逻辑门中可能存在算法功能的多种(非唯一)表达。对于给定的量子电路，在全局相位因子(global phase factor)内可能存在表达相同功能的其他逻辑表示。尽管对于量子计算的目的，这些电路在数学上可以彼此等效，但当在实际硬件中实现时，它们各自的性能特征可能不同。也就是说，虽然可能存在引起相同的计算状态演化的多个等效电路，但当映射到物理门时，一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种优化量子电路的方法，该方法包括：识别旨在执行功能的一组量子电路门；从模板库中找到也执行该功能的量子电路门模板；以及用所述量子电路门的模板替换所识别的一组量子电路门。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述量子电路门模板具有比所识别的一组量子电路门更低的量子成本。3.根据权利要求2所述的方法，其中使用相同的算法来计算所识别的量子电路门的量子成本和所述量子电路门模板的量子成本。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述模板库中的模板是利用并行门生成的，以修改电路拓扑。5.根据权利要求1所述的方法，其中在结合量子电路编译和附加量子优化的流水线中执行所述方法。6.根据权利要求1所述的方法，其中在接收所述量子电路时自动执行所述方法。7.根据权利要求6所述的方法，其中以串行方式执行所述方法。8.根据权利要求6所述的方法，其中以并行方式执行所述方法。9.一种存储可执行指令的计算机可读介质，所述可执行指令在执行时使数字计算处理器执行功能，所述功能包括：接收量子电路的至少部分；从所述量子电路的所接收部分内识别与来自预先生成的模板库的至少一个模式的至少一部分匹配的量子门模式；在所述模板库中搜索量子门替换模式；确定所述量子门替换模式的量子成本低于所识别的量子门模式的量子成本；以及用所述量子门替换模式替换所识别的量子门模式。10.根据权利要求9所述的计算机可读介质，其中所识别的量子电路门模式的量子成本和所述量子电路门替换模式的量子成本可通过抽象数据结构高效地访问。11.根据权利要求10所述的计算机可读介质，其中根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：爱奥尼克公司，
类型：发明
国别省市：