一种量子比特映射方法技术

本发明专利技术公开了一种量子比特映射方法

【技术实现步骤摘要】
一种量子比特映射方法、装置、存储介质及电子装置


[0001]本专利技术属于量子计算
，特别是一种量子比特映射方法
、
装置
、
存储介质及电子装置
。

技术介绍

[0002]量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算
、
存储及处理量子信息的物理装置
。
其需要遵循量子力学规律的量子比特作为基本单元，真正实用的量子计算机必须具备数百万个量子比特才能解决实用问题
。
量子线路又称量子逻辑电路，表示在抽象的概念下，对量子比特进行操作的线路
。
通过量子线路模型描述的量子算法，可以操控量子计算机，使其对输入状态进行处理，并且输出特定的测量值
。
量子计算机在运行量子算法时具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，故成为一种正在研究中的关键技术
。
[0003]当前的量子计算机存在硬件限制，并不满足量子比特全连通
(
即任意两个量子比特之间都是连通的
)
，由于量子比特连接限制，双量子比特量子操作只能作用在一对已连通的量子比特上
。
而量子线路是硬件无关的，构建量子线路模型实现量子算法时，可以在任意两个逻辑量子比特上实现量子逻辑门
。
[0004]因此在将逻辑量子比特映射到物理量子比特时，需要通过
SWAP
门交换其所作用的两个量子比特的量子态，使得量子线路中的量子逻辑门可以被执行
。
不同的量子比特映射方案所需的
SWAP
门数量存在差异，进而影响量子线路的计算精度和保真度
。
因此，如何减小量子比特映射所需的
SWAP
门数量，从而降低量子线路深度是一个需要解决的问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种量子比特映射方法
、
装置
、
存储介质及电子装置，从而减小量子比特映射所需的
SWAP
门数量，并降低量子线路深度
。
[0006]本专利技术的一个实施例提供了一种量子比特映射方法，所述方法包括：
[0007]基于逻辑量子比特之间的耦合关系和物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次无约束二元优化模型，所述逻辑量子比特为量子线路中的量子比特，所述物理量子比特为量子芯片中的量子比特，所述量子线路运行于所述量子芯片上；
[0008]求解得到所述二次无约束二元优化模型取最小值时的量子比特映射方案，并基于所述映射方案将所述逻辑量子比特映射到所述物理量子比特上
。
[0009]可选的，所述基于逻辑量子比特之间的耦合关系和物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次无约束二元优化模型，包括：
[0010]基于所述逻辑量子比特之间的耦合关系和所述物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次分配模型；
[0011]确定所述量子比特映射的二次分配模型的约束条件，并将所述约束条件转化为二次惩罚项；
[0012]将所述二次惩罚项加入所述二次分配模型中，得到所述量子比特映射的二次无约束二元优化模型
。
[0013]可选的，所述基于所述逻辑量子比特之间的耦合关系和所述物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次分配模型，包括：
[0014]基于所述逻辑量子比特之间的耦合关系，确定所述逻辑量子比特的耦合强度矩阵，所述耦合强度矩阵中的元素表示对应的逻辑量子比特之间的双量子比特门数量；
[0015]基于所述物理量子比特之间的拓扑关系，确定所述物理量子比特的距离矩阵，所述距离矩阵中的元素表示对应的物理量子比特之间建立交互通路的最短距离；
[0016]计算所述耦合强度矩阵与所述距离矩阵的直积，得到目标矩阵；
[0017]将所述目标矩阵中的元素作为每一量子比特映射方式的系数，计算所述量子比特映射的二次型目标函数的最小值，作为所述量子比特映射的二次分配模型
。
[0018]可选的，在所述基于所述逻辑量子比特之间的耦合关系和所述物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次分配模型之前，所述方法还包括：
[0019]将输入的量子线路中的多量子比特门转化为单量子比特门和
/
或双量子比特门
。
[0020]可选的，在所述基于逻辑量子比特之间的耦合关系和物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次无约束二元优化模型之前，所述方法还包括：
[0021]确定所述量子芯片中计算错误率低于预设错误率的物理量子比特，并将相干时间低于第一阈值或量子门操作保真度低于第二阈值的物理量子比特及其相邻的物理量子比特，作为量子比特集中区域的边界，所述量子比特集中区域包括的物理量子比特用于映射量子线路中的逻辑量子比特
。
[0022]可选的，所述方法还包括：
[0023]确定所述量子芯片中目标区域的物理量子比特，所述物理量子比特的数量不小于所述量子线路中的逻辑量子比特的数量，且小于或等于量子芯片中其它区域中的物理量子比特的数量
。
[0024]可选的，所述求解得到所述二次无约束二元优化模型取最小值时的量子比特映射方案，包括：
[0025]计算所述二次无约束二元优化模型的最小值，并确定所述二次无约束二元优化模型取最小值时的量子比特映射方案，所述最小值通过退火计算机或量子计算虚拟机计算得到
。
[0026]可选的，在所述基于所述映射方案将所述逻辑量子比特映射到所述物理量子比特上之后，所述方法还包括：
[0027]按照所述量子线路中的双量子比特门的执行顺序依次判断每一个双量子比特门作用的逻辑量子比特所映射的一组物理量子比特是否连通；
[0028]若不连通，则在所述一组物理量子比特间执行
SWAP
门操作，将其中一个物理量子比特的量子态交换到目标物理量子比特上，所述目标物理量子比特与另一个物理量子比特连通；
[0029]在所述目标物理量子比特和另一个物理量子比特上执行所述双量子比特门指示的操作；
[0030]通过
SWAP
门交换所述目标物理量子比特和所述其中一个物理量子比特的量子态
。
[0031]本专利技术的又一实施例提供了一种量子比特映射装置，所述装置包括：
[0032]模型构建模块，用于基于逻辑量子比特之间的耦合关系和物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次无约束二元优化模型，所述逻辑量子比特为量子线路中的量子比特，所述物理量子比特为量子芯片中的量子比特，所述量子线路运行于所述量子芯片上；
[0033]量子比特映射模块，用于求解得到所述二次无约束二元优化模型取最小值时的量子比特映射方案，并基于所述映射方案将所述逻辑量子比特映射到所述物理量子比特上
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种量子比特映射方法，其特征在于，所述方法包括：基于逻辑量子比特之间的耦合关系和物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次无约束二元优化模型，所述逻辑量子比特为量子线路中的量子比特，所述物理量子比特为量子芯片中的量子比特，所述量子线路运行于所述量子芯片上；求解得到所述二次无约束二元优化模型取最小值时的量子比特映射方案，并基于所述映射方案将所述逻辑量子比特映射到所述物理量子比特上
。2.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于逻辑量子比特之间的耦合关系和物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次无约束二元优化模型，包括：基于所述逻辑量子比特之间的耦合关系和所述物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次分配模型；确定所述量子比特映射的二次分配模型的约束条件，并将所述约束条件转化为二次惩罚项；将所述二次惩罚项加入所述二次分配模型中，得到所述量子比特映射的二次无约束二元优化模型
。3.
如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述逻辑量子比特之间的耦合关系和所述物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次分配模型，包括：基于所述逻辑量子比特之间的耦合关系，确定所述逻辑量子比特的耦合强度矩阵，所述耦合强度矩阵中的元素表示对应的逻辑量子比特之间的双量子比特门数量；基于所述物理量子比特之间的拓扑关系，确定所述物理量子比特的距离矩阵，所述距离矩阵中的元素表示对应的物理量子比特之间建立交互通路的最短距离；计算所述耦合强度矩阵与所述距离矩阵的直积，得到目标矩阵；将所述目标矩阵中的元素作为每一量子比特映射方式的系数，计算所述量子比特映射的二次型目标函数的最小值，作为所述量子比特映射的二次分配模型
。4.
如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述基于所述逻辑量子比特之间的耦合关系和所述物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次分配模型之前，所述方法还包括：将输入的量子线路中的多量子比特门转化为单量子比特门和
/
或双量子比特门
。5.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于逻辑量子比特之间的耦合关系和物理量子比特之间的拓扑关系，构建量子比特映射的二次无约束二元优化模型之前，所述方法还包括：确定所述量子芯片中计算错误率低于预设错误率的物理量子比特，并将相干时间低于第一阈值或量子门操作保真度低于第二阈值的物理量子比特及其相邻的物理量子比特...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇杰，
申请(专利权)人：本源天工郑州量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：