[发明专利]用于数字和量子计算机上的统一计算的系统和方法

说明书

提供用于编译计算机程序以在包括多个量子位量子四元的量子处理器上运行的计算机系统和方法。编译程序的统一级模块获得呈统一语言的程序，且对所述程序的全部或一部分执行代码重构以形成重构代码，并将所述重构代码转换为第一代码。高级模块将所述第一代码编译为第二代码。所述高级模块支持所述第一代码内的环路、子例程和流控制指令。低级模块接收所述第二代码，且将所述第二代码转换为包括一系列量子门级操作的第三代码。门级模块将所述第三代码编译为根据指令集和目标量子处理器的门定位约束以量子门级语言表达的第四代码。

相关申请的交叉参考

本申请要求2019年12月9日提交的标题为“用于数字和量子计算机上的统一计算的系统和方法(Systems and Methods for Unified Computing on Digital and QuantumComputers)”的第62/945,434号美国临时专利申请的优先权，所述临时专利申请的全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开大体上涉及用于提供可在传统或量子处理器上编译和运行的统一语言的系统和方法。

背景技术

量子计算需要考虑不同于传统计算机的量子计算机的架构。此项技术中需要其中将以统一计算语言编写的源代码编译成在量子计算机和/或常规数字计算机上运行的计算方法。

发明内容

本公开通过引入量子编译器来解决上述缺点，所述量子编译器编译以统一计算语言编写的源代码，使得其可在量子计算机和/或常规数字计算机上运行。

本公开的一个方面提供一种计算机系统，其用于编译可在包括多个量子位的目标量子计算机和/或数字计算机上运行的计算机程序。计算机系统包括一个或多个处理器、存储器，以及呈编译程序的形式的一个或多个程序。编译程序包括统一级模块，其获得以统一语言(例如，carbon)编写的计算机程序。

当被配置成产生可在数字计算机而非目标量子计算机上运行的代码时，统一级模块将以统一语言编写的计算机程序转换为源代码，所述源代码可使用常规工具针对数字计算机直接(例如，呈Matlab、Octave C、C++、Fortran等的形式)编译或解译。

当被配置成产生可在量子计算机上运行的代码时，统一级模块对计算机程序的全部或一部分执行代码重构，且将重构代码转换为高级量子语言(例如，beryllium)的第一代码。在一些实施例中，这通过首先用针对产生相同输出的专用函数的调用替换重构代码中的环路和其它编程结构的某一组合(其可使用传统和量子处理的某一组合加速)来实现。并且，在一些实施例中，使用量子数据结构和量子算法实施对统一级代码中的抽象数据类型的操作。

高级量子语言的第一代码替换以统一语言编写的计算机程序。高级量子语言为函数、环路、递归、指针和数据结构(struct)及对象(种类)定义提供支持。编译程序的下部层级将这些操作划分为较简单操作直至代码由个别门操作组成。

编译程序进一步包括高级模块，其单独地或连同实施由统一级源代码使用的函数和数据类型的高级语言的额外源代码一起接收第一代码，且产生允许环路、子例程和流控制指令的低级量子语言(helium)的第二代码。编译程序进一步包括低级模块，其接收任选地优化代码以改进性能的第二代码，且将其转换为一系列门级操作，借此形成第三代码。编译程序进一步包括门级模块，其将第三代码编译为任选地实施误差缓解程序和门合成的第四代码，其中第四代码以量子门级语言根据指令集的约束和目标量子计算机的门定位约束来表达。