基于张量网络的近似量子编译方法、系统和电子设备技术方案

本发明专利技术涉及量子编译技术领域，尤其涉及一种基于张量网络的近似量子编译方法、系统和电子设备，方法包括：将待编译量子线路分割为多个子线路，每个子线路的量子比特不大于预设量子比特数目最大值；基于张量网络理论，将每个子线路分别编译为只包含基本量子操作的新的子线路，使得任一子线路与该子线路对应的新的子线路近似等价；将所有新的子线路进行组合，得到新的量子线路，并将新的量子线路确定为最终编译结果。利用张量的切割特性，在线路分割中，相比于传统的酉矩阵表示的方案，可以生成更少的子线路，每个子线路所包含的量子操作数目相比于传统的酉矩阵表示的方案也会更多，从而提升编译效果。而提升编译效果。而提升编译效果。

【技术实现步骤摘要】
基于张量网络的近似量子编译方法、系统和电子设备


[0001]本专利技术涉及量子编译
，尤其涉及一种基于张量网络的近似量子编译方法、系统和电子设备。

技术介绍

[0002]量子线路是量子程序的一种常见表述，其由量子比特和一系列的量子操作构成，酉矩阵是量子计算中量子操作的一种基本描述形式，同理，一个量子线路亦可以被其包含量子操作对应的所有酉矩阵所描述。但是量子计算机只可以执行特定的基本操作，因此，在量子计算机中执行一个量子线路之前，需要将线路中所有一般的量子操作分解为一系列的基本操作，并且要求分解前后的量子线路在功能上近似相等（即分解前后量子线路的酉矩阵描述近似相等），该过程在本专利中被称为近似量子编译。
[0003]一个量子编译器的性能可以用其输出的量子线路的基本操作的数目来衡量，基本操作的数目越小，该量子编译器的性能越优。传统的基于酉矩阵描述的量子编译方案只能处理包含极小量子比特数目（通常不超过4）的量子线路，因此，在编译包含较多量子比特的量子线路时，需要将输入的量子线路切割为多个只包含极少量子比特的子量子线路，再分别对每一个子量子线路进行单独编译，最后将编译得到的多个量子线路重新组合为一个新的量子线路输出。上述过程需要对多个子线路分别进行编译，而编译器的性能会随着编译子量子线路的数目以及每个子线路所包含量子操作数目的增加而衰减。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种基于张量网络的近似量子编译方法、系统和电子设备。
[0005]本专利技术的一种基于张量网络的近似量子编译方法的技术方案如下：将待编译量子线路分割为多个子线路，每个子线路的量子比特不大于预设量子比特数目最大值；基于张量网络理论，将每个子线路分别编译为只包含基本量子操作的新的子线路，使得任一子线路与该子线路对应的新的子线路近似等价；将所有新的子线路进行组合，得到新的量子线路，并将新的量子线路确定为最终编译结果。
[0006]本专利技术的一种基于张量网络的近似量子编译方法的有益效果如下：基于张量网络理论，将量子操作用张量进行表示，利用张量的切割特性，在线路分割中，相比于传统的酉矩阵表示的方案，可以生成更少的子线路，每个子线路所包含的量子操作数目相比于传统的酉矩阵表示的方案也会更多，从而提升编译效果。
[0007]本专利技术的一种基于张量网络的近似量子编译系统的技术方案如下：包括分割模块、编译模块和组合确定模块；所述分割模块用于：将待编译量子线路分割为多个子线路，每个子线路的量子比
特不大于预设量子比特数目最大值；所述编译模块用于：基于张量网络理论，将每个子线路分别编译为只包含基本量子操作的新的子线路，使得任一子线路与该子线路对应的新的子线路近似等价；所述组合确定模块用于：将所有新的子线路进行组合，得到新的量子线路，并将新的量子线路确定为最终编译结果。
[0008]本专利技术的一种基于张量网络的近似量子编译系统的有益效果如下：基于张量网络理论，将量子操作用张量进行表示，利用张量的切割特性，在线路分割中，相比于传统的酉矩阵表示的方案，可以生成更少的子线路，每个子线路所包含的量子操作数目相比于传统的酉矩阵表示的方案也会更多，从而提升编译效果。
[0009]本专利技术的一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行上述任一项所述的一种基于张量网络的近似量子编译方法。
[0010]本专利技术的一种电子设备，包括处理器和上述的存储介质，所述处理器执行所述存储介质中的指令。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例的一种基于张量网络的近似量子编译方法的流程示意图；图2为一个在个量子比特上的量子操作在张量下的图形示意图；图3为CNOT的示意图；图4为对量子比特执行量子操作，再对量子比特执行CNOT量子操作的示意图；图5为一个作用在量子比特上的CNOT量子操作在切割之后的示意图；图6为将两个张量合并为一个新的张量的示意图；图7为的示意图之一；图8为两个量子操作作用的量子比特集合的示意图之一；图9为的示意图之二；图10为两个量子操作作用的量子比特集合的示意图之二；图11为的示意图之三；图12为量子线路及其张量的示意图；图13为对张量进行收缩后的示意图；图14为的示意图；图15为本专利技术实施例的一种基于张量网络的近似量子编译方系统的结构示意图。
具体实施方式
[0012]如图1所示，本专利技术实施例的一种基于张量网络的近似量子编译方法，包括如下步骤：S1、将待编译量子线路分割为多个子线路，每个子线路的量子比特不大于预设量子比特数目最大值；
S2、基于张量网络理论，将每个子线路分别编译为只包含基本量子操作的新的子线路，使得任一子线路与该子线路对应的新的子线路近似等价；S3、将所有新的子线路进行组合，得到新的量子线路，并将新的量子线路确定为最终编译结果。
[0013]具体伪代码如下：输入：一个待编译的量子线路、目标精度、子线路量子比特数目最大值。
[0014]输出：编译完成的量子线路。
[0015]1. ；2.如果，则进入步骤6，反之则中取出其第一个操作；3.如果中存在被切割的CNOT量子操作，，进入步骤5；4.调用传统的近似编译器（现有技术），得到；5.将，进入步骤2；6. 中所有线路的合并，返回；基于张量网络理论，将量子操作用张量进行表示，利用张量的切割特性，在线路分割中，相比于传统的酉矩阵表示的方案，可以生成更少的子线路，每个子线路所包含的量子操作数目相比于传统的酉矩阵表示的方案也会更多，从而提升编译效果。
[0016]其中，将待编译量子线路分割为多个子线路，包括：S10、初始化多个待构建子线路，构建待编译量子线路中的量子比特到待构建子线路的映射关系，其中，待编译量子线路中的每个量子比特对应一个待构建子线路；S11、按照待编译量子线路中的量子操作的执行顺序，依次提取待编译量子线路中的量子操作；S12、根据映射关系，从所有的待构建子线路中，确定S11中所提取的量子操作对应的待构建子线路；S13、根据S11中所提取的量子操作对应的待构建子线路的量子操作和预设量子比特数目最大值，对S11中所提取的量子操作对应的待构建子线路进行更新，具体更新方式有两种，具体地：1）第一种更新方式为：向S11中所提取的量子操作对应的待构建子线路中添加量子操作；2）第二种更新方式为：执行第一种更新方式后，再对添加的量子操作进行切割。
[0017]S14、判断任一待构建子线路是否构建完毕，若是，将该待构建子线路确定为子线路，并生成新的待构建子线路；S15、更新映射关系，返回执行S11，直至提取待编译量子线路中的所有量子操作，完成对待编译量子线路的分割，得到多个子线路。，即更新映射关系，返回执行S11，直至提取待编译量子线路中的所有量子操作，即待编译量子线路中的所有量子操作均被提取后，得到多个子线路，完成对待编译量子线路的分割。具体伪代码如下：输入：量子线路、子线路量子比特数目最大值。预设量子比特数目最大值为
；输出：量子线路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于张量网络的近似量子编译方法，其特征在于，包括：S1、将待编译量子线路分割为多个子线路，每个子线路的量子比特不大于预设量子比特数目最大值；S2、基于张量网络理论，将每个子线路分别编译为只包含基本量子操作的新的子线路，使得任一子线路与该子线路对应的新的子线路近似等价；S3、将所有新的子线路进行组合，得到新的量子线路，并将新的量子线路确定为最终编译结果。2.根据权利要求1所述的一种基于张量网络的近似量子编译方法，其特征在于，所述将待编译量子线路分割为多个子线路，包括：S10、初始化多个待构建子线路，构建所述待编译量子线路中的量子比特到待构建子线路的映射关系，其中，待编译量子线路中的每个量子比特对应一个待构建子线路；S11、按照所述待编译量子线路中的量子操作的执行顺序，依次提取所述待编译量子线路中的量子操作；S12、根据映射关系，从所有的待构建子线路中，确定S11中所提取的量子操作对应的待构建子线路；S13、根据S11中所提取的量子操作对应的待构建子线路的量子操作和预设量子比特数目最大值，对S11中所提取的量子操作对应的待构建子线路进行更新；S14、判断任一待构建子线路是否构建完毕，若是，将该待构建子线路确定为子线路，并生成新的待构建子线路；S15、更新所述映射关系，返回执行S11，直至提取所述待编译量子线路中的所有量子操作，完成对所述待编译量子线路的分割，得到多个子线路。3.根据权利要求2所述的一种基于张量网络的近似量子编译方法，其特征在于，所述基于张量网络理论，将每个子线路分别编译为只包含基本量子操作的新的子线路，包括：对每个子线路分别执行S20~S22，直至将每个子线路分别编译为只包含基本量子操作的新的子线路；S20、对任一子线路进行初始化，对初始化的该子线路进行打开，得到一个状态；S21、判断S20中得到的状态所含有的子线路是否满足输出条件，若是，则输出该状态对应的子线路，作为该子线路对应的新的子线路，若否，执行S22；S22、对S20中得到的状态进行展开操作，得到多个新的状态，从所有的新的状态中选取一个状态，将该选取的状态作为S20中所得到的一个状态，重复执行S21。4.一种基于张量网络的近似量子编译系统，其特征在于，包括分割模块、编译模块和组合确定模块；所述分割模块用于：将待编译量子线路分割为多个子线路，每个子线路的量子比特不大于预设量子比特数目最大值；所述编译模块用于：基于张量网络理论，将每个子线路分别编译为只包含基本量子操作的新的子线路，使得任一子线路与该子线路对应的新的子线路近似等价；所述组合确定模块用于：将所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：周祥臻，
申请(专利权)人：北京中科弧光量子软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：