一种构建待映射量子程序的方法、装置及量子计算机制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种构建待映射量子程序的方法、装置及量子计算机，方法包括：获取量子芯片中物理比特的拓扑结构、初始量子程序的逻辑门集合以及逻辑比特与物理比特的初始映射关系，确定初始量子程序的逻辑门集合的执行时序，根据物理比特的拓扑结构和初始映射关系，依执行时序调整每一逻辑门对应的逻辑比特与物理比特的映射关系，得到最终映射关系，根据最终映射关系，构建与初始量子程序等同的待映射量子程序，以使待映射量子程序中的SWAP量子逻辑门数量最少，解决因增加SWAP门对整个量子线路运行的影响，提高整个量子芯片的资源利用率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种构建待映射量子程序的方法、装置及量子计算机


[0001]本专利技术属于量子计算
，特别是一种构建待映射量子程序的方法、装置及量子计算机。

技术介绍

[0002]在嘈杂中型量子计算(Noisy Intermediate
‑
Scale Quantum)阶段，每个量子芯片都有自己特定的拓扑结构，其反映了量子芯片所支持的各量子比特之间的连接关系。在实际的量子编程中，获取量子程序的逻辑门集合以及逻辑
‑
物理比特的初始映射后，对两两相邻的量子比特实施的两量子比特逻辑门有可能受到芯片结构限制，该两比特逻辑门不能够被两个量子比特适配而形成两量子比特逻辑门。因此，需要对任意的两量子比特逻辑门进行交换转化，直至转化为该芯片所支持的量子逻辑门为止。
[0003]现有技术中，一般对无法被量子芯片上的两个量子比特适配的两量子比特量子逻辑门，通过在量子程序中加入SWAP门的方式，将不适配的两量子比特量子逻辑门转化为该芯片所支持的量子逻辑门。例如，量子程序中包含CNOT(q1,q3)量子逻辑门，量子芯片虽支持CNOT门，但量子芯片中的物理量子比特q1与q3并不直接相连，因此无法被直接执行。故需要对量子程序中的两量子逻辑门进行交换，交换为该芯片可直接执行的量子逻辑门。例如，量子程序包括CNOT(q1,q3)，则现有的交换方法简述为：根据量子芯片上量子比特之间的连接关系，查找CNOT操作的两个量子比特q1、q3之间的连接路径，假设该路径经过的量子比特为q1、q2,则执行CNOT(q1,q3)等价于依次执行：SWAP(q1，q2)、SWAP(q2，q3)、CNOT(q2,q3)、SWAP(q3，q2)、SWAP(q2，q1)。其中，SWAP门表示对量子比特执行交换操作。可见，为了适配量子芯片，对一个两量子比特逻辑门，交换过程就会新增较多数量的量子逻辑门，最终转化后量子程序中的量子逻辑门数量会更为庞大，从而大幅度降低量子程序的计算效率。
[0004]基于此，有必要提出一种构建待映射量子程序的最佳方案，用于解决因增加SWAP门对整个量子线路运行的影响，提高整个量子芯片的资源利用率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种构建待映射量子程序的方法、装置及量子计算机，以解决现有技术中的不足，它能够解决因增加SWAP门对整个量子线路运行的影响，提高整个量子芯片的资源利用率。
[0006]本申请的一个实施例提供了一种构建待映射量子程序的方法，所述方法包括：
[0007]获取量子芯片中物理比特的拓扑结构、初始量子程序的逻辑门集合以及逻辑比特与物理比特的初始映射关系；
[0008]确定初始量子程序的逻辑门集合的执行时序；
[0009]根据所述物理比特的拓扑结构和所述初始映射关系，依所述执行时序调整每一逻辑门对应的逻辑比特与物理比特的映射关系，得到最终映射关系；
[0010]根据所述最终映射关系，构建与初始量子程序等同的待映射量子程序，以使所述
待映射量子程序中的SWAP量子逻辑门数量最少。
[0011]可选的，所述初始量子程序的逻辑门集合包括：
[0012]第一规则逻辑门集合，其中，所述第一规则逻辑门集合包括：单比特量子逻辑门和逻辑比特相邻的两比特量子逻辑门；
[0013]第二规则逻辑门集合，其中，所述第二规则逻辑门集合包括：逻辑比特不相邻的两比特量子逻辑门。
[0014]可选的，所述确定初始量子程序的逻辑门集合的执行时序，包括：
[0015]获取初始量子程序对应的量子线路；
[0016]遍历所述量子线路，将每个量子比特第一时序的第一规则逻辑门集合的执行时序，设为优先执行时序，将每个量子比特第一时序的第二规则逻辑门集合的执行时序，设为次优先执行时序；
[0017]删除执行时序划分完成的逻辑门，继续执行所述将每个量子比特第一时序的第一规则逻辑门集合的执行时序，设为优先执行时序，将每个量子比特第一时序的第二规则逻辑门集合的执行时序，设为次优先执行时序的步骤，直至所述量子线路逻辑门的执行时序划分完成。
[0018]可选的，所述根据所述物理比特的拓扑结构和所述初始映射关系，依所述执行时序调整每一逻辑门对应的逻辑比特与物理比特的映射关系，得到最终映射关系，包括：
[0019]根据物理比特的拓扑结构、所述初始映射关系，依所述执行时序正向遍历每一逻辑门并调整所述每一逻辑门在上一个映射关系下所映射的物理比特，调整所述上一个映射关系，直至依所述执行时序正向遍历完成，得到目标正向映射关系；
[0020]根据所述目标正向映射关系，依所述执行时序逆向遍历每一逻辑门并调整所述每一逻辑门在上一个映射关系下所映射的物理比特，调整所述上一个映射关系，直至依所述执行时序逆向遍历完成后得到的目标逆向映射关系，作为所述最终映射关系。
[0021]可选的，所述根据所述最终映射关系，构建与初始量子程序等同的待映射量子程序，包括：
[0022]根据所述最终映射关系，在量子逻辑门集合中相应位置插入依所述执行时序运行每一逻辑门对应生成的SWAP量子逻辑门，将插入完成后得到的量子程序，确定为与初始量子程序等同的待映射量子程序。
[0023]本申请的一个实施例提供了一种构建待映射量子程序的装置，所述装置包括：
[0024]获取模块，用于获取量子芯片中物理比特的拓扑结构、初始量子程序的逻辑门集合以及逻辑比特与物理比特的初始映射关系；
[0025]确定模块，用于确定初始量子程序的逻辑门集合的执行时序；
[0026]调整模块，用于根据所述物理比特的拓扑结构和所述初始映射关系，依所述执行时序调整每一逻辑门对应的逻辑比特与物理比特的映射关系，得到最终映射关系；
[0027]构建模块，用于根据所述最终映射关系，构建与初始量子程序等同的待映射量子程序，以使所述待映射量子程序中的SWAP量子逻辑门数量最少。
[0028]可选的，所述确定模块，包括：
[0029]获取单元，用于获取初始量子程序对应的量子线路；
[0030]遍历单元，用于遍历所述量子线路，将每个量子比特第一时序的第一规则逻辑门
集合的执行时序，设为优先执行时序，将每个量子比特第一时序的第二规则逻辑门集合的执行时序，设为次优先执行时序；
[0031]迭代单元，用于删除执行时序划分完成的逻辑门，继续执行所述将每个量子比特第一时序的第一规则逻辑门集合的执行时序，设为优先执行时序，将每个量子比特第一时序的第二规则逻辑门集合的执行时序，设为次优先执行时序的步骤，直至所述量子线路逻辑门的执行时序划分完成。
[0032]可选的，所述调整模块，包括：
[0033]第一执行单元，用于根据物理比特的拓扑结构、所述初始映射关系，依所述执行时序正向遍历每一逻辑门并调整所述每一逻辑门在上一个映射关系下所映射的物理比特，调整所述上一个映射关系，直至依所述执行时序正向遍历完成，得到目标正向映射关系；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种构建待映射量子程序的方法，其特征在于，所述方法包括：获取量子芯片中物理比特的拓扑结构、初始量子程序的逻辑门集合以及逻辑比特与物理比特的初始映射关系；确定初始量子程序的逻辑门集合的执行时序；根据所述物理比特的拓扑结构和所述初始映射关系，依所述执行时序调整每一逻辑门对应的逻辑比特与物理比特的映射关系，得到最终映射关系；根据所述最终映射关系，构建与初始量子程序等同的待映射量子程序，以使所述待映射量子程序中的SWAP量子逻辑门数量最少。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始量子程序的逻辑门集合包括：第一规则逻辑门集合，其中，所述第一规则逻辑门集合包括：单比特量子逻辑门和逻辑比特相邻的两比特量子逻辑门；第二规则逻辑门集合，其中，所述第二规则逻辑门集合包括：逻辑比特不相邻的两比特量子逻辑门。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定初始量子程序的逻辑门集合的执行时序，包括：获取初始量子程序对应的量子线路；遍历所述量子线路，将每个量子比特第一时序的第一规则逻辑门集合的执行时序，设为优先执行时序，将每个量子比特第一时序的第二规则逻辑门集合的执行时序，设为次优先执行时序；删除执行时序划分完成的逻辑门，继续执行所述将每个量子比特第一时序的第一规则逻辑门集合的执行时序，设为优先执行时序，将每个量子比特第一时序的第二规则逻辑门集合的执行时序，设为次优先执行时序的步骤，直至所述量子线路逻辑门的执行时序划分完成。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述物理比特的拓扑结构和所述初始映射关系，依所述执行时序调整每一逻辑门对应的逻辑比特与物理比特的映射关系，得到最终映射关系，包括：根据物理比特的拓扑结构、所述初始映射关系，依所述执行时序正向遍历每一逻辑门并调整所述每一逻辑门在上一个映射关系下所映射的物理比特，调整所述上一个映射关系，直至依所述执行...

【专利技术属性】
技术研发人员：方圆，窦猛汉，赵东一，
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：