[发明专利]一种中性原子量子电路的量子比特映射方法和装置

说明书

本发明涉及一种中性原子量子电路的量子比特映射方法和装置。其方法部分主要包括：通过量子比特间的最大相互作用距离来建立量子设备的耦合图；根据量子设备的耦合图计算所有量子比特对的最短距离以获得距离矩阵；根据量子电路里的两比特门之间的执行约束生成电路DAG，根据电路DAG获取两比特门的最前层，并随机生成一个映射；根据距离矩阵对电路DAG的最前层进行正遍历迭代，直至最前层为空，然后逆遍历更新映射。本发明把原子体系的量子比特的长距离相互作用，转化为连接度的提高，再使用算法对其进行量子比特的映射，使得其充分利用其长距离相互作用的特点，以达到减少量子电路的门数量以及深度，增加量子电路的保真度以及减少其运行时间的目的。

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域，特别是涉及一种中性原子量子电路的量子比特映射方法和装置。

背景技术

NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum，带噪声中等规模量子)设备，其受芯片拓扑逻辑的约束，一般情况下，作用于两个量子比特(qubit)的量子门操作只能在一些特殊选择的相连接的比特对上施加。为了使得量子电路(逻辑上的)描述的算法能够在量子设备(物理上的)上运行，需要对量子电路进行路由(routing)，也就是增加逻辑门使得需要相互作用的量子比特互相连接，使得量子电路能够满足物理设备的约束。

现有对中性原子量子电路的编译采用的方法较为常规，增加的逻辑门的数量较多，从而使量子电路的门数量和深度都较大，不利于量子电路的保真度，且其运行时间也会比较长。

有鉴于此，如何克服现有技术所存在的缺陷，如何优化逻辑门的数量问题，是本技术领域待解决的难题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷或改进需求，本发明提供一种中性原子量子电路的量子比特映射方法和装置，在原子体系量子比特间可以进行长距离相互作用，本发明需要对其量子电路(即逻辑上的)进行量子比特映射。本发明把原子体系的量子比特的长距离相互作用，转化为连接度的提高，再使用一种算法对其进行量子比特的映射，使得其充分利用其长距离相互作用的特点，以使得其映射之后在量子比特的路由问题上需要增加的量子门的数量减少，以达到减少量子电路的门数量以及深度，增加量子电路的保真度以及减少其运行时间的目的。

本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种中性原子量子电路的量子比特映射方法，包括：

通过量子比特间的最大相互作用距离来建立量子设备的耦合图；

根据量子设备的耦合图计算所有量子比特对的最短距离以获得距离矩阵；

根据量子电路里的两比特门之间的执行约束生成电路DAG，根据电路DAG获取两比特门的最前层，并随机生成一个映射；

根据距离矩阵构建的启发式代价函数对电路DAG的最前层进行正遍历迭代，直至最前层为空，然后逆遍历更新映射。

进一步的，所述通过量子比特间的最大相互作用距离来建立量子设备的耦合图具体包括：

将量子比特序号转换为坐标；

根据坐标获得两两量子比特对之间的距离；

遍历所有的量子比特对，将距离小于等于最大相互作用距离的量子比特对加入耦合图中。

进一步的，所述根据量子设备的耦合图计算所有量子比特对的最短距离以获得距离矩阵具体包括：

将耦合图中每对距离小于等于最大相互作用距离的量子比特对的距离均设为1；

根据耦合图中量子比特对的距离设置，计算所有量子比特对的最短距离。

进一步的，所述最前层的定义为：在DAG里没有未被执行过的前任比特门的所有两比特门的集。