量子线路构建方法、装置及量子计算机操作系统制造方法及图纸

本申请公开了一种量子线路构建方法、装置及量子计算机操作系统，该方法包括：确定量子程序的N个最大子图对应的N个同构子图集合，所述N个最大子图基于所述量子程序的有向无环图确定，所述N为大于或等于1的整数；确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固定成本和任意相邻同构子图集合中同构子图两两之间的交换成本，以及基于所述固定成本和所述交换成本构建量子线路；所述固定成本基于所述同构子图对应的量子逻辑门确定，所述交换成本基于所述同构子图对应的量子逻辑门之间转化所需要的SWAP门确定。采用本申请实施例可从多条路径中选择一条路径进行量子线路的构建。选择一条路径进行量子线路的构建。选择一条路径进行量子线路的构建。

【技术实现步骤摘要】
量子线路构建方法、装置及量子计算机操作系统


[0001]本申请涉及量子计算
，尤其涉及一种量子线路构建方法、装置及 量子计算机操作系统。

技术介绍

[0002]量子逻辑电路又称量子线路，它是量子计算领域中常用的量子计算模型， 表示在抽象的概念下，对量子比特进行操作的线路，它是各种量子逻辑门组成 的集合。在量子计算中，量子计算的模拟主要是通过量子程序所包含的量子逻 辑门的操作矩阵对量子态向量进行处理，得到经过量子逻辑门处理后的末态。 以量子线路模型描述的量子算法，是一种操控量子计算机，使其对输入状态进 行处理，并且输出特定的测量值的方法。量子计算机在运行量子算法时因其具 有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，故成为一种正在研究中的关 键技术。
[0003]在量子计算的具体实现过程中，由于不同的量子计算平台包括不同的量子 芯片，不同的量子计算芯片支持不同的量子逻辑门集合。因此，需要将量子程 序转化成当前量子芯片支持的量子线路。然而在转化过程中可能存在多条路径， 导致出现不止一条量子线路。那么如何从多条路径中选择一条路径去构建量子 线路是一个需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种量子线路构建方法、装置及量子计算机操作系统， 用于从多条路径中选择一条路径进行量子线路的构建。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种量子线路构建方法，所述方法包括：
[0006]确定量子程序的N个最大子图对应的N个同构子图集合，所述N个最大子 图基于所述量子程序的有向无环图确定，所述N个同构子图集合是所述N个最 大子图基于电子设备中量子芯片的拓扑结构映射得到的在所述量子芯片上的比 特关系图，所述N为大于或等于1的整数；
[0007]确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固定成本和任意相邻同构子 图集合中同构子图两两之间的交换成本，以及基于所述固定成本和所述交换成 本构建量子线路；所述量子线路的固定成本与交换成本之和最低；
[0008]所述固定成本基于所述同构子图对应的量子逻辑门确定，所述交换成本基 于所述同构子图对应的量子逻辑门之间转化所需要的SWAP门确定。
[0009]可选地，所述N个最大子图构成最大子图序列，所述最大子图序列中的第 i个最大子图对应的同构子图集合包括k
i
个同构子图，所述最大子图序列的编号 从0开始，直至N
‑
1；在所述确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固 定成本和任意相邻同构子图集合中同构子图两两之间的交换成本，以及基于所 述固定成本和所述交换成本构建量子线路方面，包括：
[0010]确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固定成本，得到N个固定成 本集合，
所述N个固定成本集合与所述N个同构子图集合一一对应；
[0011]确定所述N个同构子图集合中任意相邻同构子图集合中同构子图两两之间 的交换成本，得到N
‑
1个交换成本集合，每个所述交换成本集合包括k
i
·
k
i+1
个交 换成本；
[0012]基于所述N个固定成本集合与所述N
‑
1个交换成本集合确定个消 耗成本；
[0013]基于所述个消耗成本构建量子线路。
[0014]可选地，所述N个最大子图构成最大子图序列，所述最大子图序列中的第 i个最大子图对应的同构子图集合包括k
i
个同构子图，所述最大子图序列的编号 从0开始，直至N
‑
1；在所述确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固 定成本和任意相邻同构子图集合中同构子图两两之间的交换成本，以及基于所 述固定成本和所述交换成本构建量子线路方面，包括：
[0015]确定第一同构子图集合中每个第一同构子图的第一固定成本，得到第一固 定成本集合，所述第一同构子图集合为所述第0个最大子图对应的同构子图集 合；
[0016]确定第二同构子图集合中每个第二同构子图的第二固定成本，得到第二固 定成本集合，所述第二同构子图集合为所述第i个最大子图对应的同构子图集合；
[0017]确定所述第一同构子图集合中所有的第一同构子图与所述第二同构子图集 合中每一个第二同构子图的交换成本，得到k
i
个交换成本集合，每个交换成本 集合包括k0个交换成本；
[0018]基于所述第一固定成本集合、所述第二固定成本集合和所述k
i
个交换成本 集合确定k
i
个消耗成本集合，每个消耗成本集合包括k0个消耗成本；
[0019]确定每个所述消耗成本集合中最小的消耗成本，得到k
i
个最小的消耗成本， 所述k
i
个最小的消耗成本与所述第二同构子图集合中的k
i
个第二同构子图一一 对应；
[0020]将所述k
i
个第二同构子图中的每个第二同构子图及其对应的第一同构子图 组成为新的第一同构子图，得到k
i
个新的第一同构子图；
[0021]将所述k
i
个新的第一同构子图构成的集合确定为新的第一同构子图集合；
[0022]令i＝i+1，以及执行步骤所述确定第一同构子图集合中每个第一同构子图的 第一固定成本，得到第一固定成本集合，所述i的初始值为1；
[0023]在i＝N
‑
1时，基于得到的k
N
‑1个最小的消耗成本构建量子线路。
[0024]可选地，所述N个最大子图构成最大子图序列，所述最大子图序列中的第 i个最大子图对应的同构子图集合包括k
i
个同构子图，所述最大子图序列的编号 从0开始，直至N
‑
1；在所述确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固 定成本和任意相邻同构子图集合中同构子图两两之间的交换成本，以及基于所 述固定成本和所述交换成本构建量子线路方面，包括：
[0025]确定第一同构子图集合中每个第一同构子图的第一固定成本，得到第一固 定成本集合，所述第一同构子图集合为所述第0个最大子图对应的同构子图集 合；
[0026]确定第二同构子图集合中每个第二同构子图的第二固定成本，得到第二固 定成本集合，所述第二同构子图集合为所述第i个最大子图对应的同构子图集合；
[0027]确定所述第二同构子图集合中所有的第二同构子图与所述第一同构子图集 合中
每一个第一同构子图的交换成本，得到k0个交换成本集合，每个交换成本 集合包括k
i
个交换成本；
[0028]基于所述第一固定成本集合、所述第二固定成本集合和所述k0个交换成本 集合确定k0个消耗成本集合，每个消耗成本集合包括k
i
个消耗成本；
[0029]确定每个所述消耗成本集合中最小的消耗成本，得到k0个最小的消耗成本， 所述k0个最小的消耗成本与所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子线路构建方法，其特征在于，所述方法包括：确定量子程序的N个最大子图对应的N个同构子图集合，所述N个最大子图基于所述量子程序的有向无环图确定，所述N个同构子图集合是所述N个最大子图基于电子设备中量子芯片的拓扑结构映射得到的在所述量子芯片上的比特关系图，所述N为大于或等于1的整数；确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固定成本和任意相邻同构子图集合中同构子图两两之间的交换成本，以及基于所述固定成本和所述交换成本构建量子线路；所述固定成本基于所述同构子图对应的量子逻辑门确定，所述交换成本基于所述同构子图对应的量子逻辑门之间转化所需要的SWAP门确定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N个最大子图构成最大子图序列，所述最大子图序列中的第i个最大子图对应的同构子图集合包括k
i
个同构子图，所述最大子图序列的编号从0开始，直至N
‑
1；所述确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固定成本和任意相邻同构子图集合中同构子图两两之间的交换成本，以及基于所述固定成本和所述交换成本构建量子线路，包括：确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固定成本，得到N个固定成本集合，所述N个固定成本集合与所述N个同构子图集合一一对应；确定所述N个同构子图集合中任意相邻同构子图集合中同构子图两两之间的交换成本，得到N
‑
1个交换成本集合，每个所述交换成本集合包括k
i
·
k
i+1
个交换成本；基于所述N个固定成本集合与所述N
‑
1个交换成本集合确定个消耗成本；基于所述个消耗成本构建量子线路。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N个最大子图构成最大子图序列，所述最大子图序列中的第i个最大子图对应的同构子图集合包括k
i
个同构子图，所述最大子图序列的编号从0开始，直至N
‑
1；所述确定所述N个同构子图集合中每个同构子图的固定成本和任意相邻同构子图集合中同构子图两两之间的交换成本，以及基于所述固定成本和所述交换成本构建量子线路，包括：确定第一同构子图集合中每个第一同构子图的第一固定成本，得到第一固定成本集合，所述第一同构子图集合为所述第0个最大子图对应的同构子图集合；确定第二同构子图集合中每个第二同构子图的第二固定成本，得到第二固定成本集合，所述第二同构子图集合为所述第i个最大子图对应的同构子图集合；确定所述第一同构子图集合中所有的第一同构子图与所述第二同构子图集合中每一个第二同构子图的交换成本，得到k
i
个交换成本集合，每个交换成本集合包括k0个交换成本；基于所述第一固定成本集合、所述第二固定成本集合和所述k
i
个交换成本集合确定k
i
个消耗成本集合，每个消耗成本集合包括k0个消耗成本；确定每个所述消耗成本集合中最小的消耗成本，得到k
i
个最小的消耗成本，所述k
i
个最小的消耗成本与所述第二同构子图集合中的k
i
个第二同构子图一一对应；将所述k
i
个第二同构子图中的每个第二同构子图及其对应的第一同构子图组成为新的第一同构子图，得到k
i
个新的第一同构子图；
将所述k
i
个新的第一同构子图构成的集合确定为新的第一同构子图集合；令i＝i+1，以及执行步骤所述确定第一同构子图集合中...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵东一，王晶，俞磊，汪文涛，
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：