量子电路的分类方法、装置、电子设备、介质和产品制造方法及图纸

本公开提供了一种量子电路的分类方法、装置、电子设备、介质和产品，涉及量子计算技术领域，具体涉及量子电路技术领域。具体实现方案为：获取第一量子电路的可达性信息，所述第一量子电路包括N个量子比特，所述可达性信息用于表征所述N个量子比特中不同量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述N为大于1的整数；基于所述可达性信息对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少于所述第一量子电路的量子比特数量。数量。数量。

【技术实现步骤摘要】
量子电路的分类方法、装置、电子设备、介质和产品


[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的分类方法、装置、电子设备、介质和产品。

技术介绍

[0002]目前较为主流的量子计算实现方式基于量子电路模型，即通过在量子比特上作用一系列的量子门完成量子态的演化，并在量子电路末端进行量子测量以获取计算结果。当前业界常用的量子电路是静态电路，即仅在量子电路末端设置测量操作的量子电路。随着硬件的快速发展(主要是量子比特相干时间的显著提升，以及高保真度中间态测量与重置操作的实现)，包含电路中间测量以及重置操作的动态量子电路越来越受到业界的重视。

技术实现思路

[0003]本公开提供了一种量子电路的分类方法、装置、电子设备、介质和产品。
[0004]根据本公开的第一方面，提供了一种量子电路的分类方法，包括：
[0005]获取第一量子电路的可达性信息，所述第一量子电路包括N个量子比特，所述可达性信息用于表征所述N个量子比特中不同量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述目标连接路径包括以下至少一项：沿着一量子比特的量子态时间演化方向的连接路径，和，两个量子比特的量子态平行时间演化方向上的连接路径，所述N为大于1的整数；
[0006]基于所述可达性信息对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少于所述第一量子电路的量子比特数量。
[0007]根据本公开的第二方面，提供了一种量子电路的分类装置，包括：
[0008]获取模块，用于获取第一量子电路的可达性信息，所述第一量子电路包括N个量子比特，所述可达性信息用于表征所述N个量子比特中不同量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述目标连接路径包括以下至少一项：沿着一量子比特的量子态时间演化方向的连接路径，和，两个量子比特的量子态平行时间演化方向上的连接路径，所述N为大于1的整数；
[0009]分类模块，用于基于所述可达性信息对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少于所述第一量子电路的量子比特数量。
[0010]根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：
[0011]至少一个处理器；以及
[0012]与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]本公开实施例中，可以确定所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，进而有利于后续基于分类结果对第一量子电路进行优化编译，以显著减少大规模量子算法所需的量子比特数。
[0017]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
[0018]附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
[0019]图1是根据本公开第一实施例的量子电路的分类方法的流程示意图；
[0020]图2是一示例的量子电路的结构示意图之一；
[0021]图3是一示例提供的一个包含经典控制量子操作的量子电路的结构示意图；
[0022]图4是一示例中对图3中的量子电路进行推迟测量处理后的量子电路的结构示意图；
[0023]图5是一示例中对图4中的量子电路进行转化之后得到的动态量子电路的结构示意图；
[0024]图6是一示例的量子电路的结构示意图之二；
[0025]图7是一示例的量子电路的结构示意图之三；
[0026]图8是一示例的量子电路的结构示意图之四；
[0027]图9是一示例的量子电路的结构示意图之五；
[0028]图10是一示例的量子电路的结构示意图之六；
[0029]图11是一示例的线性纠缠层电路的结构示意图；
[0030]图12是一示例的强纠缠层电路的结构示意图；
[0031]图13是一示例的完全纠缠层电路的结构示意图；
[0032]图14是根据本公开第二实施例的量子电路的分类装置的结构示意图；
[0033]图15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
[0034]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。
[0035]相关技术中的动态量子电路，由于引入了量子电路的中间测量，因此，可以在量子比特的相干时间内，将量子计算和实时的经典计算与通信有效的结合起来。这一特性使得
通过量子电路模型可以实现的计算任务的多样性大大增加。例如，利用动态量子电路的中间测量，可以在量子电路运行中实现前反馈操作，即根据中间测量获得的结果决定接下来要作用什么量子门，亦或抛弃当前的计算结果，重新开始计算任务。这样的功能在量子纠错与容错量子计算中是非常重要的。
[0036]此外，由于动态量子电路中的量子比特可以被重置并在后续计算过程中继续被使用，因此与静态量子电路相比，在运行相同的量子算法的情况下，动态量子电路可以有效地减少计算任务所需的量子比特数，且理论上计算能力不受任何影响。例如，在静态量子电路中需要n量子比特的Berstein
‑
Vazirani算法，在动态量子电路仅需2个量子比特即可实现。
[0037]当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。在经典模拟中，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
)。因此，受计算机内存和处理器能力的限制，通过静态量子电路的方式最多能支持模拟几十个量子比特的算法(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
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40个左右的量子比特)。而在经典计算机上模拟的量子比特几乎不受相干时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子电路的分类方法，包括：获取第一量子电路的可达性信息，所述第一量子电路包括N个量子比特，所述可达性信息用于表征所述N个量子比特中不同量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述目标连接路径包括以下至少一项：沿着一量子比特的量子态时间演化方向的连接路径，和，两个量子比特的量子态平行时间演化方向上的连接路径，所述N为大于1的整数；基于所述可达性信息对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少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，所述获取第一量子电路的可达性信息，包括：基于所述第一量子电路的指令列表，确定所述第一量子电路的可达列表，所述可达性信息包括所述可达列表，所述可达列表指示所述N个量子比特中每个量子比特与其他N
‑
1个量子比特之间的可达性，所述指令列表包括：指示所述第一量子电路的量子操作的指令。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于所述第一量子电路的指令列表，确定所述第一量子电路的可达列表，包括：对所述指令列表进行针对双量子比特门操作的指令的遍历；在遍历到双量子比特门操作的指令的情况下，基于遍历到的双量子比特门操作的指令所作用的量子位，生成所述可达列表。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述在遍历到双量子比特门操作的指令的情况下，基于遍历到的双量子比特门操作的指令所作用的量子位，生成所述可达列表，包括：在遍历到双量子比特门操作的指令的情况下，基于遍历到的所述双量子比特门操作的指令所作用的量子位，将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的可达集合，所述双量子比特门操作的指令所作用的量子位包括所述第一量子位和所述第二量子位，所述可达列表包括所述N个量子比特一一对应的N个可达集合，目标量子比特的可达集合用于表征与所述目标量子比特之间存在可达路径的量子比特，所述可达路径为：从所述目标量子比特出发的所述目标连接路径，所述目标量子比特为所述N个量子比特中任一量子比特。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述在遍历到双量子比特门操作的指令的情况下，所述基于遍历到的所述双量子比特门操作的指令所作用的量子位，将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的可达集合之后，所述方法还包括：对所述可达列表进行针对可达集合的遍历；在遍历到目标可达集合，且所述双量子比特门操作的指令所作用的量子位不包括所述目标可达集合对应的量子比特的量子位的情况下，将遍历到的所述双量子比特门操作的指令所作用的量子位中其中之一的量子位添加至所述目标可达集合中，所述目标可达集合包括：所述双量子比特门操作的指令所作用的量子位中其中另一的量子位。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取第一量子电路的可达性信息，包括：基于所述第一量子电路的结构信息，确定所述第一量子电路的可达性信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于所述第一量子电路的结构信息，确定所述第一量子电路的可达性信息，包括：在所述结构信息指示所述第一量子电路为线性纠缠层电路，且所述线性纠缠层电路中的线性纠缠层层数小于N
‑
1的情况下，确定第一信息，所述可达性信息包括所述第一信息，所述第一信息指示：量子位N
‑
1的量子比特到量子位0的量子比特不可达；在所述第一量子电路为线性纠缠层电路，且所述线性纠缠层电路中的线性纠缠层层数大于或等于N
‑
1时，确定第二信息，所述可达性信息包括第二信息，所述第二信息指示所述N个量子比特中每两个量子比特均可互达；其中，所述N个量子比特依次包括量子位0的量子比特至量子位N
‑
1的量子比特，在所述线性纠缠层中：量子位i的量子比特与量子位i+1的量子比特之间通过双量子比特门进行纠缠，所述量子位i的量子比特与所述量子位i+1的量子比特为所述第一量子电路中相邻的两个量子比特，所述i的取值范围为[0，N
‑
2]。8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于所述第一量子电路的结构信息，确定所述第一量子电路的可达性信息，包括：在所述结构信息指示所述第一量子电路为强纠缠层电路、所述N大于或等于4、且所述强纠缠层电路中的强纠缠层的数量等于1的情况下，确定第三信息，所述可达性信息包括所述第三信息，所述第三信息指示：量子位N
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1的量子比特到量子位N
‑
3的量子比特不可达；在所述第一量子电路为强纠缠层电路，且所述N小于4的情况下，确定第四信息，所述可达性信息包括所述第四信息，所述第四信息指示所述N个量子比特中每两个量子比特均可互达；在所述第一量子电路为强纠缠层电路，且所述强纠缠层电路中的强纠缠层的数量大于1的情况下，确定所述第四信息；其中，所述N个量子比特依次包括量子位0的量子比特至量子位N
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1的量子比特，所述强纠缠层中，量子位i的量子比特与量子位i+1的量子比特之间通过双量子比特门进行纠缠，且所述量子位0的量子比特与所述量子位N
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1的量子比特之间通过双量子比特门进行纠缠，所述量子位i的量子比特与所述量子位i+1的量子比特为所述第一量子电路中相邻的两个量子比特，所述i的取值范围为[0，N
‑
2]。9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基于所述第一量子电路的结构信息，确定所述第一量子电路的可达性信息，包括：在所述结构信息指示所述第一量子电路为完全纠缠层电路的情况下，确定第五信息，所述可达性信息包括所述第五信息，所述第五信息指示所述N个量子比特中每两个量子比特均可互达，其中，在所述完全纠缠层电路中，量子位i的量子比特与量子位j的量子比特之间通过双量子比特门进行纠缠，所述i的取值范围为[0，N
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2]，所述j的取值范围为[i+1，N
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1]。10.根据权利要求1
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9中任一项所述的方法，其中，所述基于所述可达性信息对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，包括：在所述可达性信息指示所述N个量子比特中每两个量子比特均可互达的情况下，确定所述目标类别为第一类别，所述第一类别指示所述第一量子电路不可编译；在所述可达性信息指示所述N个量子比特中存在量子比特之间不可达的情况下，确定
所述目标类别为第二类别，所述第二类别指示所述第二量子电路可编译。11.一种量子电路的分类装置，包括：获取模块，用于获取第一量子电路的可达性信息，所述第一量子电路包括N个量子比...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慕男，方堃，
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：