基于启发式搜索的量子线路调度优化方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于启发式搜索的量子线路调度优化方法和系统，包括：步骤1：从量子芯片上获取量子位的拓扑结构和标定信息；步骤2：结合物理量子位的信息和量子线路中量子门信息，在搜索两比特交换门SWAP的插入位置时，使用启发搜索算法将逻辑量子线路编译为可在量子芯片上执行的量子线路；步骤3：权衡对量子比特空闲时间的利用和对后续双比特量子的影响，选择出最佳插入位置，其中使用有向无环图DAG来确定量子门之间的依赖关系。本发明专利技术不仅考虑的减少量子线路中量子门的数量，同时也关注了量子门在量子位上的分布，经过本发明专利技术优化后的量子线路，相比于未经过优化的量子线路执行时间缩短了一半左右。行时间缩短了一半左右。行时间缩短了一半左右。

【技术实现步骤摘要】
基于启发式搜索的量子线路调度优化方法和系统


[0001]本专利技术涉及量子计算
，具体地，涉及一种基于启发式搜索的量子线路调度优化方法和系统。

技术介绍

[0002]自量子计算的概念提出以来，世界各地的研究人员一直致力于推动量子计算机的实际应用，尤其是近年来，量子计算领域取得了长足的进步。但是，量子电路与实际可执行的量子指令之间仍然存在巨大差距，因为量子电路只是量子算法的逻辑表示，没有考虑到量子芯片施加的各种约束，例如量子芯片支持的基本门组、每个量子比特之间的连通性、每个量子比特的相干时间等。在现有的技术条件下，很难实现一个量子芯片上所有量子比特的完全直接耦合，而逻辑量子电路中的双量子门可以作用于任意两个量子比特。为了解决这些问题，需要使用量子编译器对量子线路进行编译。在量子编译器中，最重要的一个环节就是将逻辑上的量子线路映射到量子芯片上。一个常用的解决方案是通过插入一系列两比特交换门——SWAP门，将参与双量子位门操作的两个量子位的量子状态交换为直接耦合的两个量子位，然后对这两个量子位执行操作，之后操作，反转SWAP路径。插入SWAP门本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于启发式搜索的量子线路调度优化方法，其特征在于，包括：步骤1：从量子芯片上获取量子位的拓扑结构和标定信息；步骤2：结合物理量子位的信息和量子线路中量子门信息，在搜索两比特交换门SWAP的插入位置时，使用启发搜索算法将逻辑量子线路编译为可在量子芯片上执行的量子线路；步骤3：权衡对量子比特空闲时间的利用和对后续双比特量子的影响，选择出最佳插入位置，其中使用有向无环图DAG来确定量子门之间的依赖关系。2.根据权利要求1所述的基于启发式搜索的量子线路调度优化方法，其特征在于，在有向无环图中，每个节点代表一个量子门，节点的度表示依赖关系，如果节点a的出度为节点b的入度，则表明节点b表示的量子门依赖于节点a表示的量子门；在DAG中，每个节点代表一个量子门，并取决于其前驱节点指示的量子门，构建量子线路的DAG后，对DAG进行拓扑排序，选择一个没有前驱节点的节点将其推入队列，然后从它开始移除所有边，直到DAG中没有节点为止，得到拓扑队列。3.根据权利要求1所述的基于启发式搜索的量子线路调度优化方法，其特征在于，优化后的拓扑结构包括拓扑队列、判别器、搜索器、映射器和时间累加器，节点从拓扑队列中进入判别器，对于可直接在量子比特上运行的量子门包括单量子比特门或直接作用于耦合量子比特的双比特量子门节点，将它们发送到时间累加器，时间累加器负责累加计算量子门在该量子比特上的操作时间，单比特量子门不存在量子比特间的依赖，因此可直接累加到其运行的量子比特上，表达式为：其中，q
i
为量子线路中第i个量子比特，为累加了第n个门后第i个量子比特的时间，是q
i
上量子门U的演化时间；对于直接作用于耦合量子比特的双比特量子门来说，两个量子比特之间存在依赖关系，因此双比特量子门的时间累加必须将两个量子比特的时间中较长的量子比特的时间与双比特量子门的演化时间累加，表示为：双比特量子门的演化时间累加，表示为：其中，m,n＝0,1,2...，是量子比特i和j上双比特量子门的时间。4.根据权利要求1所述的基于启发式搜索的量子线路调度优化方法，其特征在于，若一个门是双量子位门，且作用于两个不直接耦合的量子比特，它将被判别器发送给搜索器，在搜索器中内置兼顾量子门数量和量子门分布的启发式搜索算法，搜索器从量子芯片的拓扑图中搜索为其插入SWAP门的最佳方式，搜索器将自己搜索到的最佳SWAP门的信息更新到量子电路和映射器，插入SWAP门的量子位上的门被更改为分配它们的量子位，同时门的信息与量子门的信息同步到代表它们的节点，然后量子电路更新插入到刚刚插入的SWAP门中的量子位的时间累加器，重复上述操作直到拓扑队列中没有节点，最后将输出馈送到映射器，并根据映射器中的映射关系进行修正。5.根据权利要求1所述的基于启发式搜索的量子线路调度优化方法，其特征在于，搜索器中内置的启发式搜索算法同时考虑量子门的数量和分布两方面，量子门分布的评价通过
将量子线路按照不可直接执行的双比特量子门划分为n个子线路，在量子线路中划分出s1,s2两个子线路，以每一个子线路插入SWAP门的执行时间作为评价插入SWAP门分布优劣的标准；在插入一个SWAP门后，统计线路中未执行的两比特量子门所需插入的SWAP门个数，将个数的多少作为评价SWAP门个数的评价标准；将两者归一化后相加得到启发式搜索的评价函数cost，如下所示：其中，是第j个子电路中第i个量子位的时间，SWAPNUM(CNOT
i
)是双比特量子门所需的SWAP门数，n为不可直接执行的双比特量子门的个数。6.一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴永政，汪士，陈鑫淼，叶永金，
申请(专利权)人：华东计算技术研究所中国电子科技集团公司第三十二研究所，
类型：发明
国别省市：