[发明专利]一种量子程序的转化方法、装置、存储介质和电子装置

说明书

本发明公开了一种量子程序的转化方法、装置、存储介质和电子装置，方法包括：获得量子芯片支持的第一量子比特的拓扑结构信息和量子逻辑门种类；对量子程序中的量子逻辑门划分执行时序；根据所述拓扑结构信息，确定每一执行时序对应的、所述量子程序中的第二量子比特与所述第一量子比特的映射关系，以使新生成的、用于等价转化量子逻辑门的特定量子逻辑门的数量最少；根据各所述映射关系和所述特定量子逻辑门，将所述量子程序转化为新的量子程序。利用本发明实施例，能够将量子程序适配到量子芯片，并提高量子程序的计算效率。

技术领域

本发明属于量子计算技术领域，特别是一种量子程序的转化方法、装置、存储介质和电子装置。

背景技术

目前，量子计算的通常步骤是将待转化的实际问题，利用量子高级语言编程得到量子程序，然后通过在量子计算平台如量子芯片上执行量子程序得到特定问题的解。对于不同的量子芯片，支持的两量子逻辑门集合可能不同，量子芯片上量子比特之间的连接关系也有可能不同，相连接的两量子比特表示可适配两量子逻辑门操作，其中，一个作为控制比特，另一个作为受控比特。

在实际的量子编程中，对两量子比特施加的两量子逻辑门操作是参数化的4*4的酉矩阵，还包括2个量子比特的编号。一方面，该两量子逻辑门可能不属于该量子芯片所支持的两量子逻辑门类型；另一方面，受到芯片结构限制，参数化的量子逻辑门可能无法被待运行量子芯片上的两个量子比特适配。例如，量子程序包含控制非门CNOT，但待运行量子芯片不支持CNOT门。或者，量子程序中对预设两量子比特，例如q0、q1，执行CNOT门，即CNOTq0,q1，量子芯片支持CNOT门，但量子芯片中的物理量子比特q0与q1并不连接，无法被直接施加包括CNOT门在内的任意的两量子逻辑门。因此，需要对量子程序中的两量子逻辑门进行转化，转化为该芯片所支持的量子逻辑门。

例如，量子芯片支持两量子逻辑门U，但不支持两量子逻辑门U操作量子比特Qx和Qy，量子程序包括U Qx,Qy，则现有的转化方法简述为：根据量子芯片上量子比特之间的连接关系，查找U操作的两个量子比特Qx、Qy之间的连接路径，假设该路径经过的量子比特节点为M1、M2、…、Mn,则执行U Qx,Qy等价于依次执行：SWAP(Qx,M1)；SWAP(M1,M2)；SWAP(M2,M3)；...；SWAP(Mn-1,Mn)；U Mn,Qy；SWAP(Mn-1,Mn)；...；SWAP(M2,M3)；SWAP(M1,M2)；SWAP(Qx,M1)。其中，SWAP门表示对量子比特执行交换操作，如果量子芯片不支持SWAP门，则将SWAP门继续拆分成可支持执行的量子逻辑门组合。可见，为了适配量子芯片，对一个两量子逻辑门，转化过程就会新增较多数量的量子逻辑门，最终转化后量子程序中的量子逻辑门数量会更为庞大，从而大幅度降低量子程序的计算效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种量子程序的转化方法、装置、存储介质和电子装置，以解决现有技术中的不足，它能够提高量子程序的计算效率。

本发明采用的技术方案如下：

一种量子程序的转化方法，包括：

获得量子芯片支持的第一量子比特的拓扑结构信息和量子逻辑门种类；

对量子程序中的量子逻辑门划分执行时序；

根据所述拓扑结构信息，确定每一执行时序对应的、所述量子程序中的第二量子比特与所述第一量子比特的映射关系，以使新生成的、用于等价转化量子逻辑门的特定量子逻辑门的数量最少；其中，所述特定量子逻辑门为SWAP门且可拆分为所述量子逻辑门种类包含的量子逻辑门的组合；

根据各所述映射关系和所述特定量子逻辑门，将所述量子程序转化为新的量子程序；其中，所述新的量子程序中的量子逻辑门均为所述量子逻辑门种类包含的量子逻辑门。

可选的，所述量子逻辑门种类至少包括以下两量子逻辑门的一种或多种：

控制Z门CZ、控制非门CNOT、SWAP门、ISWAP门。