[发明专利]量子算法的编译

说明书

一种量子算法的编译的常量合并的方法，包括形成第一组量子门，该第一组量子门被布置为模拟量子算法。该方法进一步包括在执行该第一组量子门的第一子集之后，确定量子处理器的量子位的状态。该方法进一步包括将该量子位的状态与可接受性标准进行比较。该方法还包括响应于确定该状态满足可接受性标准而移除该组量子门的第二子集。该方法还包括响应于移除该组量子门的第二子集而形成第二组量子门，该第二组量子门被布置为模拟量子算法。

技术领域

本发明一般地涉及用于量子计算的方法。更具体地说，本发明涉及一种用于量子算法的编译的方法。

背景技术

在下文中，除非在使用时明确区分，否则短语的词中的“Q”前缀指示在量子计算上下文中引用该词或短语。

分子和亚原子粒子遵循量子力学的定律，量子力学是探索物理世界如何在最基本的水平上工作的物理分支。在这个水平，粒子以奇怪的方式表现，同时呈现多于一个状态，并且与非常远的其他粒子相互作用。量子计算利用这些量子现象来处理信息。

我们现在使用的计算机被称为经典计算机(这里也称为“传统”计算机或传统节点，或“CN”)。传统的计算机使用传统的处理器，该处理器使用半导体材料和技术、半导体存储器和磁或固态存储设备来制造，这被称为冯诺依曼架构。特别地，传统计算机中的处理器是二进制处理器，即，对以1和0表示的二进制数据进行操作。

量子处理器(q处理器)使用纠缠量子位器件(在本文中被紧凑地称为“量子位”，多个“量子位”)的奇数性质来执行计算任务。在量子力学工作的特定领域，物质粒子可以以多种状态存在，例如“开”状态、“关”状态以及同时“开”和“关”状态。在使用半导体处理器的二进制计算限于仅使用开和关状态(等效于二进制码中的1和0)的情况下，量子处理器利用这些物质的量子状态来输出可用于数据计算的信号。

传统计算机以比特对信息进行编码。每一位可以取1或0的值，这些1和0用作最终驱动计算机功能的开/关开关。另一方面，量子计算机基于量子位，量子位根据量子物理学的两个关键原理来操作：叠加和纠缠。叠加意味着每个量子位可以同时表示1和0。纠缠意味着叠加中的量子位可以以非经典方式彼此相关；即，一个的状态(是否是1或0或两者)可以取决于另一个的状态，并且当两个量子位纠缠时比当它们被单独处理时有更多可以被确定的关于这两个量子位的信息。

使用这两个原理，量子位作为更复杂的信息处理器来运行，使量子计算机能以允许它们解决使用传统计算机难以处理的难题的方式起作用。IBM已经成功地构建并证明了使用超导量子位的量子处理器的可操作性(IBM是国际商业机器公司在美国和其它国家的注册商标)。

一种超导量子位包括一个约瑟夫逊结。约瑟夫逊结是通过用非超导材料分离两个薄膜超导金属层而形成的。当超导层中的金属变成超导时，例如通过将金属的温度降低到特定的低温温度，电子对可以从一个超导层通过非超导层隧穿到另一个超导层。在量子位中，约瑟夫逊结-其用作色散非线性电感器-与形成非线性微波振荡器的一个或多个电容性器件并联电耦合。振荡器具有由量子位电路中的电感和电容的值确定的谐振/跃迁频率。对术语“量子位”的任何提及是对采用约瑟夫逊结的超导量子位电路的提及，除非在使用时明确地进行区分。

由量子位处理的信息以微波频率范围内的微波信号/光子的形式被携带或传输。捕获、处理和分析微波信号，以便解密在其中编码的量子信息。读出电路是与量子位耦合的电路，用于捕获、读取和测量量子位的量子状态。读出电路的输出是可由Q处理器使用以执行计算的信息。

超导量子位具有两个量子态-|0和|1。这两个状态可以是原子的两个能态，例如，超导人工原子(超导量子位)的基态(|G)和第一激发态(|E)。其它实例包括核或电子自旋的自旋向上和自旋向下、晶体缺陷的两个位置和量子点的两个状态。由于系统具有量子特性，因此两个状态的任何组合都是允许的和有效的。