【技术实现步骤摘要】
量子电路处理方法、装置及电子设备
[0001]本公开涉及量子计算
，尤其涉及量子电路
，具体涉及一种量子电路处理方法、装置及电子设备。
技术介绍
[0002]量子计算利用量子世界中特有的运行规律，提供了一条全新的并且非常有前景的信息处理方式。在诸多特定问题上，量子算法可以带来超越经典算法的优势。例如，利用秀尔(Shor)算法，可以对大整数进行高效的分解，利用格罗弗(Grover)算法，可以更快的进行数据搜索。随着量子理论的发展，不断有新的量子算法被提出，如何高效的对这些算法进行模拟或者在真正的量子硬件上运行始终是一个重要的问题。
[0003]目前，量子算法的经典模拟或者真机运行主要受限于量子比特的数量。在经典模拟上，由于描述量子态的列向量的长度随对应比特数呈指数增长(例如一个n比特的量子态的列向量长度为2
n
)，经典计算机很难模拟大规模的量子算法。受计算机内存和处理器能力的限制，现有的量子电路模拟方式最多能支持模拟几十个量子比特的算法。
技术实现思路
[0004]本公开提供了一种量子电路处理方法、装置及电子设备。
[0005]根据本公开的第一方面，提供了一种量子电路处理方法，包括：
[0006]获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一指令列表包括：量子测量操作的操作指令和量子门操作的操作指令，所述量子测量操作的操作指令位于量子门操作的操作指令之后；
[0007]基于所述第一指令列表，获取所述第一量子电路的操作指令执行顺序的依赖关系；>[0008]基于所述依赖关系，按照操作指令所作用的量子位标号从小到大的顺序对所述第一量子电路的操作指令进行重排序，得到所述第一量子电路的第二指令列表；
[0009]基于所述第二指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第三指令列表，所述第三指令列表包括：重置操作的操作指令，所述重置操作的操作指令位于量子测量操作的操作指令之后，所述重置操作用于将量子比特的量子态重置至零态，所述第二量子电路的量子比特数量小于所述第一量子电路的量子比特数量。
[0010]根据本公开的第二方面，提供了一种量子电路处理装置，包括：
[0011]第一获取模块，用于获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一指令列表包括：量子测量操作的操作指令和量子门操作的操作指令，所述量子测量操作的操作指令位于量子门操作的操作指令之后；
[0012]第二获取模块，用于基于所述第一指令列表，获取所述第一量子电路的操作指令执行顺序的依赖关系；
[0013]重排序模块，用于基于所述依赖关系，按照操作指令所作用的量子位标号从小到大的顺序对所述第一量子电路的操作指令进行重排序，得到所述第一量子电路的第二指令列表；
[0014]等效编译模块，用于基于所述第二指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第三指令列表，所述第三指令列表包括：重置操作的操作指令，所述重置操作的操作指令位于量子测量操作的操作指令之后，所述重置操作用于将量子比特的量子态重置至零态，所述第二量子电路的量子比特数量小于所述第一量子电路的量子比特数量。
[0015]根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：
[0016]至少一个处理器；以及
[0017]与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0018]存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行第一方面中的任一项方法。
[0019]根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行第一方面中的任一项方法。
[0020]根据本公开的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现第一方面中的任一项方法。
[0021]根据本公开的技术解决了相关技术中量子电路的经典模拟和真机运行比较难的问题，使得能够实现对大规模量子比特的量子电路进行经典模拟和真机运行。
[0022]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0023]附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
[0024]图1是根据本公开第一实施例的量子电路处理方法的流程示意图；
[0025]图2是一示例的静态量子电路的结构示意图；
[0026]图3是一示例的包括经典控制量子操作的量子电路的结构示意图；
[0027]图4是基于推迟测量原理处理后得到的静态量子电路的结构示意图；
[0028]图5是一示例的动态量子电路的结构示意图；
[0029]图6是各量子操作编号后的静态量子电路的结构示意图；
[0030]图7是另一示例的静态量子电路的结构示意图；
[0031]图8是另一示例的动态量子电路的结构示意图；
[0032]图9是静态量子电路和动态量子电路的运行结果对比图；
[0033]图10是根据本公开第二实施例的量子电路处理装置的结构示意图；
[0034]图11是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。
具体实施方式
[0035]以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识
到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0036]第一实施例
[0037]如图1所示，本公开提供一种量子电路处理方法，包括如下步骤：
[0038]步骤S101：获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一指令列表包括：量子测量操作的操作指令和量子门操作的操作指令，所述量子测量操作的操作指令位于量子门操作的操作指令之后。
[0039]本实施例中，量子电路处理方法涉及量子计算
，尤其涉及量子电路
，其可以广泛应用于量子电路的经典模拟和真机运行场景下。本公开实施例的量子电路处理方法，可以由本公开实施例的量子电路处理装置执行。本公开实施例的量子电路处理装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的量子电路处理方法。
[0040]受计算机内存和处理器能力的限制，现有的量子电路模拟方式最多能支持模拟几十个量子比特的算法。比如，笔记本能模拟20
‑
30个左右的量子比特，大型超级计算机和集群可以最多模拟30
‑
40个左右的量子比特。在真机运行上，由于当前量子芯片的可扩展性问题尚未解决，导致量子计算机能提供的量子比特数非常有限。因此，量子电路优化是量子计算领域中的一个基本问题。
[本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种量子电路处理方法，包括：获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一指令列表包括：量子测量操作的操作指令和量子门操作的操作指令，所述量子测量操作的操作指令位于量子门操作的操作指令之后；基于所述第一指令列表，获取所述第一量子电路的操作指令执行顺序的依赖关系；基于所述依赖关系，按照操作指令所作用的量子位标号从小到大的顺序对所述第一量子电路的操作指令进行重排序，得到所述第一量子电路的第二指令列表；基于所述第二指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第三指令列表，所述第三指令列表包括：重置操作的操作指令，所述重置操作的操作指令位于量子测量操作的操作指令之后，所述重置操作用于将量子比特的量子态重置至零态，所述第二量子电路的量子比特数量小于所述第一量子电路的量子比特数量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述第一指令列表，获取所述第一量子电路的操作指令执行顺序的依赖关系，包括：获取所述第一指令列表中操作指令所作用的量子位；基于操作指令所作用的量子位在所述第一量子电路的量子操作中出现的次序，对所述操作指令进行编号，得到所述第一量子电路的操作指令的编号信息；基于所述操作指令的编号信息，查找所述第一量子电路中与所述操作指令关联的其他操作指令，得到所述依赖关系，所述其他操作指令所作用的量子位包括所述操作指令所作用的量子位，所述其他操作指令的执行顺序在所述操作指令之前。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于所述操作指令的编号信息，查找所述第一量子电路中与所述操作指令关联的其他操作指令，得到所述依赖关系，包括：基于所述操作指令的编号信息，获取目标编号信息，所述目标编号信息中量子位标号与所述操作指令的编号信息中量子位标号相同，所述目标编号信息中量子位在所述第一量子电路的量子操作中出现的次序小于所述操作指令的编号信息中所述量子位在所述第一量子电路的量子操作中出现的次序；获取所述目标编号信息对应的所述其他操作指令，得到所述依赖关系，所述其他操作指令为所述第一量子电路中执行顺序在所述操作指令之前，且与所述操作指令相邻的操作指令。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述依赖关系，按照操作指令所作用的量子位标号从小到大的顺序对所述第一量子电路的操作指令进行重排序，得到所述第一量子电路的第二指令列表，包括：按照操作指令所作用的量子位标号从小到大的顺序对所述第一量子电路的操作指令进行第一重排序，得到所述第一量子电路的第四指令列表，所述第四指令列表中，排序在前的操作指令中目标量子位的标号小于排序在后的操作指令中目标量子位标号，且针对所作用的量子位标号相同的操作指令按照操作指令在所述第一量子电路中的相对顺序排列，所述目标量子位为操作指令中标号小的量子位；基于所述依赖关系，对所述第四指令列表进行第二重排序，得到所述第二指令列表。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述基于所述依赖关系，对所述第四指令列表进
行第二重排序，得到所述第二指令列表，包括：对所述第四指令列表进行针对操作指令的遍历，并针对当前遍历的操作指令将所述第四指令列表进行拆分，得到第一列表、第二列表和第三列表，所述第一列表为所述第四指令列表中排序在首位的操作指令到与所述当前遍历的操作指令相邻的前一个操作指令构成的列表，所述第二列表为所述当前遍历的操作指令构成的列表，所述第三列表为所述第四指令列表中排序在所述当前遍历的操作指令之后的操作指令构成的列表；基于所述依赖关系中所述当前遍历的操作指令与所述第一量子电路的操作指令之间的目标依赖关系、所述第一列表、所述第二列表和所述第三列表，对所述第四指令列表进行操作指令的重排；在所述第四指令列表遍历完成的情况下，基于重排后的所述第四指令列表确定所述第二指令列表。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述基于所述依赖关系中所述当前遍历的操作指令与所述第一量子电路的操作指令之间的目标依赖关系、所述第一列表、所述第二列表和所述第三列表，对所述第四指令列表进行操作指令的重排，包括：基于所述目标依赖关系和所述第一列表，获取第一目标列表，所述第一目标列表指示所述第一列表中与所述当前遍历的操作指令之间存在所述目标依赖关系的操作指令；基于所述第一目标列表和第二目标列表，确定第三目标列表，第二目标列表指示所述第四指令列表中与所述当前遍历的操作指令之间存在所述目标依赖关系的操作指令，所述第三目标列表为从所述第二目标列表删除所述第一目标列表后得到的列表；在所述第三目标列表不为空集的情况下，从所述第三列表中删除所述第三目标列表指示的操作指令，得到第四列表；将所述第一列表、所述第三目标列表指示的操作指令、所述第二列表和所述第四列表按照从前至后的顺序进行列表拼接，得到重排后的所述第四指令列表。7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述基于所述依赖关系，对所述第四指令列表进行第二重排序之后，还包括：将重排后的所述第四指令列表中量子测量操作的操作指令移动至目标位置，得到所述第二指令列表；其中，所述目标位置为位于重排后的所述第四指令列表中目标操作指令之后，且与所述目标操作指令相邻的位置，所述目标操作指令所作用的量子位包括所述量子测量操作的操作指令所作用的量子位，所述第二指令列表中排序在所述目标位置之后的操作指令不包括所述量子测量操作的操作指令所作用的量子位。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述第二指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第三指令列表，包括：针对所述第二指令列表中每一操作指令，执行如下操作：获取所述操作指令所作用的量子位；基于所述量子位和寄存单元字典，确定为所述量子位分配的第二量子电路的寄存单元的目标标识，所述寄存单元字典包括寄存单元与所述量子位的对应关系；基于所述目标标识，对所述操作指令进行等效编译，得到与所述操作指令等效的第二量子电路中操作指令，所述第三指令列表包括等效编译得到的所述第二量子电路中操作指
令。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述基于所述量子位和寄存单元字典，确定为所述量子位分配的第二量子电路的寄存单元的目标标识，包括如下至少一项：在查询到所述寄存单元字典中包括所述量子位的对应关系的情况下，将所述量子位对应的寄存单元的标识确定为所述目标标识；在查询到所述寄存单元字典中未包括所述量子位的对应关系的情况下，基于所述寄存单元字典为所述量子位分配寄存单元，将所述量子位分配的寄存单元的标识确定为所述目标标识，并基于所述量子位分配的寄存单元的标识更新所述寄存单元字典。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述基于所述寄存单元字典为所述量子位分配寄存单元，包括如下至少一项：在查询到所述寄存单元字典中包括第一寄存单元的标识的情况下，将所述第一寄存单元分配给所述量子位，所述第一寄存单元为未分配给节点的寄存单元；在查询到所述寄存单元字典中不包括所述第一寄存单元的标识的情况下，获取所述寄存单元字典所表征的寄存单元的数量，基于所述数量确定所创建的第二寄存单元的标识，并将所述第二寄存单元分配给所述量子位。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一寄存单元为未分配给节点的寄存单元中标识最小的寄存单元。12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述基于所述目标标识，对所述操作指令进行等效编译，得到与所述操作指令等效的第二量子电路中操作指令，包括如下至少一项：在所述操作指令为量子门操作的操作指令的情况下，基于所述目标标识，将所述操作指令等效编译成第二量子电路中量子门操作的操作指令；在所述操作指令为量子测量操作的操作指令的情况下，基于所述目标标识，将所述操作指令等效编译成第二量子电路中量子测量操作的操作指令，更新所述寄存单元字典，以及生成所述第二量子电路中重置操作的操作指令，更新后的所述寄存单元字典指示所述目标标识对应的寄存单元为未分配给量子位的寄存单元。13.一种量子电路处理装置，包括：第一获取模块，用于...
【专利技术属性】
技术研发人员：方堃，张慕男，
申请(专利权)人：北京百度网讯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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