[发明专利]量子控制微体系结构、量子控制处理器及指令执行方法

说明书

本申请公开了一种量子控制微体系结构、量子控制处理器及指令执行方法，涉及量子技术领域。所述量子控制微体系结构包括：调度器、指令存储器、多个处理单元及对应的私有指令缓存器。调度器用于确定量子电路中并行执行的k个子电路，k为大于1的整数，从指令存储器中获取k个子电路分别对应的指令，并分别存储至k个处理单元分别对应的私有指令缓存器中；k个处理单元中的目标处理单元用于从其对应的私有指令缓存器中获取k个子电路中的目标子电路对应的指令进行执行；其中，k个处理单元并行执行自身对应的指令。本申请采用的是子电路层级并行的解决方案，在面对更加复杂的量子应用及不断增长的量子比特时具有更好的扩展能力。

技术领域

本申请实施例涉及量子技术领域，特别涉及一种量子控制微体系结构、量子控制处理器及指令执行方法。

背景技术

量子控制微体系结构是量子指令集架构的具体实现方式，是将一种给定指令集在处理器中执行的解决方案。

相关技术提供的一种量子控制微体系结构使用了分布式架构，即编译器会针对每个量子比特单独生成其所对应的指令，每个量子比特所对应的控制模块会和对接的模拟通道合并为一个单独的硬件子模块。这套系统在运行时，需要将一个完整的量子程序转换为多个独立的对应不同量子比特的指令文件，再由对应的各个硬件子模块来执行。这套系统由于使用了分布式架构，可以解决指令在执行时的并行问题，即各个量子比特有独立的模块执行关于该量子比特的指令。

但是，上述相关技术提供的量子控制微体系结构，会在量子比特数量上升时其复杂度也会大幅提升，包括整个系统结构的复杂度、各硬件子模块间同步的复杂度以及编译器的复杂度等，因此难以随着比特数量上升而保持扩展。

发明内容

本申请实施例提供了一种量子控制微体系结构、量子控制处理器及量子指令执行方法，给出了一种具有较好扩展能力的量子控制微体系结构及相应的指令执行方案。所述技术方案如下：

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种量子控制微体系结构，所述量子控制微体系结构包括：调度器、指令存储器、多个处理单元，以及所述多个处理单元分别对应的私有指令缓存器；其中，所述指令存储器中存储有量子电路对应的量子程序所编译生成的量子指令集，所述量子电路包括n个子电路，所述量子指令集包括所述n个子电路分别对应的指令，所述n为大于1的整数；

所述调度器，用于确定所述量子电路中并行执行的k个子电路，所述k为大于1的整数；从所述指令存储器中获取所述k个子电路分别对应的指令；将所述k个子电路分别对应的指令，分别存储至k个处理单元分别对应的私有指令缓存器中；

所述k个处理单元中的目标处理单元，用于从所述目标处理单元对应的私有指令缓存器中获取所述k个子电路中的目标子电路对应的指令；执行所述目标子电路对应的指令；其中，所述k个处理单元并行执行自身对应的指令。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种量子控制处理器，所述量子控制处理器具有上述量子控制微体系结构。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种量子指令执行方法，应用于量子控制微体系结构中，所述量子控制微体系结构包括：调度器、指令存储器、多个处理单元，以及所述多个处理单元分别对应的私有指令缓存器；其中，所述指令存储器中存储有量子电路对应的量子程序所编译生成的量子指令集，所述量子电路包括n个子电路，所述量子指令集包括所述n个子电路分别对应的指令，所述n为大于1的整数；所述方法包括：

所述调度器确定所述量子电路中并行执行的k个子电路，所述k为大于1的整数；从所述指令存储器中获取所述k个子电路分别对应的指令；将所述k个子电路分别对应的指令，分别存储至k个处理单元分别对应的私有指令缓存器中；

所述k个处理单元中的目标处理单元从所述目标处理单元对应的私有指令缓存器中获取所述k个子电路中的目标子电路对应的指令；执行所述目标子电路对应的指令；其中，所述k个处理单元并行执行自身对应的指令。