量子算法的拓扑结构构建方法、装置、设备及介质制造方法及图纸

本申请涉及一种量子算法的拓扑结构构建方法、装置、设备及介质。该方法包括：将量子算法中的多比特逻辑门操作分解为单比特逻辑门操作和两比特逻辑门操作；根据每一两比特逻辑门操作中各比特的连接关系，将每组逻辑上相互连接且纠缠操作次数相同的多个比特进行首尾相连，得到至少一组环形拓扑结构；对每组环形拓扑结构的各个比特进行连线，使每一比特连接其他比特所形成的连接线的数量不大于第一预设阈值，得到每组环形拓扑结构对应的局部优化后连线拓扑结构。使用该局部优化后连线拓扑结构来指导构建芯片拓扑，以在有限工艺条件，降低量子算法在专用量子芯片中执行耗时，最大程度减少量子算法的开销，提高量子算法实现的保真度。真度。真度。

【技术实现步骤摘要】
量子算法的拓扑结构构建方法、装置、设备及介质


[0001]本申请适用于量子计算
，尤其涉及一种量子算法的拓扑结构构建方法、装置、设备及介质。

技术介绍

[0002]目前，量子算法主要在链式或者网状的通用量子计算芯片中执行，通过拓扑计算找到其中能够满足运算的一个较优拓扑结构，并进行映射后在指定的几个物理比特上运行该量子算法。然而，链式或者网状的芯片尽管能够满足算法的拓扑结构，但是，由于当前的体系大多数物理比特只能两两耦合，若较远比特耦合纠缠需要使用swap传递等方式，对于比特数较多的量子算法，该实现形式会带来无谓的开销与保真度下降，还可能导致量子算法在物理体系内的量子比特的相干时间上限内无法执行完成。因此，为了减少量子算法的开销，提高量子算法实现的保真度，实现量子算法的执行，可以设计专用量子芯片来实现量子算法，通过采用更特殊的结构实现三比特纠缠的量子门，如CCX，来构建专用量子芯片。

技术实现思路

[0003]本申请的专利技术人发现，由于芯片的布线和元器件的工艺受限，在设计专用量子芯片时，需要对量子算法的比特之间的连接拓扑进行优化，以在有限的工艺条件下，尽量接近所执行量子算法理想的拓扑，以降低量子算法执行过程中设置额外操作的数量，从而达到减少量子算法的开销，提高量子算法实现的保真度，以及减少量子算法的执行时间的目的。有鉴于此，本申请实施例提供了一种量子算法的拓扑结构构建方法、装置、设备及介质。
[0004]第一方面，本申请实施例提供一种量子算法的拓扑结构构建方法，所述方法包括：
[0005]将量子算法中的多比特逻辑门操作分解为单比特逻辑门操作和两比特逻辑门操作；
[0006]根据每一所述两比特逻辑门操作中各比特的连接关系，将每组逻辑上相互连接且纠缠操作次数相同的多个比特进行首尾相连，得到至少一组环形拓扑结构；
[0007]对每组所述环形拓扑结构的各个比特进行连线，使每一比特连接其他比特所形成的连接线的数量不大于第一预设阈值，得到每组所述环形拓扑结构对应的局部优化后连线拓扑结构。
[0008]第二方面，本申请实施例提供一种量子算法的拓扑结构构建装置，所述装置包括：
[0009]算法分解模块，用于将量子算法中的多比特逻辑门操作分解为单比特逻辑门操作和两比特逻辑门操作；
[0010]环构建模块，用于根据每一所述两比特逻辑门操作中各比特的连接关系，将每组逻辑上相互连接且纠缠操作次数相同的多个比特进行首尾相连，得到至少一组环形拓扑结构；
[0011]拓扑优化模块，用于对每组所述环形拓扑结构的各个比特进行连线，使每一比特连接其他比特所形成的连接线的数量不大于第一预设阈值，得到每组所述环形拓扑结构对
应的局部优化后连线拓扑结构。
[0012]第三方面，本申请实施例提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面所述的量子算法的拓扑结构构建方法。
[0013]第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的量子算法的拓扑结构构建方法。
[0014]本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
[0015]本申请实施例提供的量子算法的拓扑结构构建方法，通过确定量子算法中每一两比特逻辑门操作中各比特的连接关系，构建环形拓扑结构，通过优化环形拓扑结构中各个比特之间的连接线，使得各个比特之间尽可能的两两相连，得到每组环形拓扑结构对应的局部优化后连线拓扑结构，实现对量子算法的比特之间的连接拓扑优化，从而可以使用该局部优化后连线拓扑结构来指导构建芯片拓扑，以在有限的工艺条件下，尽量接近所执行量子算法理想的拓扑，降低在执行量子算法时因两比特间没有直接连接导致设置额外操作的数量，从而降低量子算法在专用量子芯片中执行的耗时，最大程度的减少量子算法的开销，提高量子算法实现的保真度，提升了量子算法的执行效率。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是本申请一实施例提供的一种量子算法的拓扑结构构建方法的流程示意图；
[0018]图2是本申请一实施例提供的针对比特门的门分解算法的使用示意图；
[0019]图3是图2分解后的多比特逻辑门和单比特逻辑门的部分片段的示意图；
[0020]图4是本申请一实施例提供的量子算法的拓扑结构示意图；
[0021]图5是图4所示的量子算法的拓扑结构处理得到的逻辑拓扑结构示意图；
[0022]图6为通用量子芯片的部分拓扑结构示意图；
[0023]图7为对图6所示的拓扑结构进行局部优化后的拓扑结构示意图；
[0024]图8是本申请一实施例提供的另一种量子算法的拓扑结构构建方法的流程示意图；
[0025]图9是本申请一实施例提供的基于量子算法的拓扑结构构建方法输出的芯片拓扑示意图；
[0026]图10是本申请一实施例提供的一种量子算法的拓扑结构构建装置的结构示意图；
[0027]图11是本申请一实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
[0028]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体
细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0029]应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0030]还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0031]如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0032]另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0033]在本申请说明书中描述的参考“一个实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子算法的拓扑结构构建方法，其特征在于，所述方法包括：将量子算法中的多比特逻辑门操作分解为单比特逻辑门操作和两比特逻辑门操作；根据每一所述两比特逻辑门操作中各比特的连接关系，将每组逻辑上相互连接且纠缠操作次数相同的多个比特进行首尾相连，得到至少一组环形拓扑结构；对每组所述环形拓扑结构的各个比特进行连线，使每一比特连接其他比特所形成的连接线的数量不大于第一预设阈值，得到每组所述环形拓扑结构对应的局部优化后连线拓扑结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对每组所述环形拓扑结构的各个比特进行连线，使每一比特连接其他比特所形成的连接线的数量不大于第一预设阈值，得到每组所述环形拓扑结构对应的局部优化后连线拓扑结构，包括：按照环形拓扑结构中比特的数量由大到小的顺序对各组环形拓扑结构分别执行如下操作，得到每组所述环形拓扑结构对应的局部优化后连线拓扑结构：对所述环形拓扑结构的各个比特进行连线，使每一比特连接其他比特所形成的连接线的数量不大于第一预设阈值，得到所述环形拓扑结构对应的局部优化后连线拓扑结构。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述环形拓扑结构的各个比特进行连线，使每一比特连接其他比特所形成的连接线的数量不大于第一预设阈值，得到所述环形拓扑结构对应的局部优化后连线拓扑结构，包括：以所述环形拓扑结构中每一比特连接其他比特所形成的连接线的数量不大于第一预设阈值为条件，对所述环形拓扑结构的各个比特进行连线，得到所述环形拓扑结构中每个比特对应的至少一组连接线组合方式；根据所述每一比特对应的至少一组连接线组合方式，得到所述环形拓扑结构对应的至少一种局部优化后连线拓扑结构。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以所述环形拓扑结构中每一比特连接其他比特所形成的连接线的数量不大于第一预设阈值为条件，对所述环形拓扑结构的各个比特进行连线，得到所述环形拓扑结构中每个比特的至少一组连接线组合方式，包括：针对所述环形拓扑结构中每一比特，判断所述比特在当前状态下连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：林育丞，梁潇，郭聪，孟铁军，项金根，
申请(专利权)人：深圳量旋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：