量子云计算的编译方法和装置与流程

本申请涉及量子计算和量子编译领域，尤其涉及一种量子云计算的编译方法和装置。

背景技术：

1、目前，量子计算机是稀缺资源，为了使更多人能够使用量子计算机，通常需要将量子计算机接入到经典通信网络，建立量子计算云平台。量子编译是将任意逻辑量子线路转换为可在特定量子计算机上执行的物理量子线路的技术。可以说，量子编译是连接量子程序与量子计算机硬件的桥梁。

2、在量子计算机方面，2019年google发布54量子比特超导量子计算机“悬铃木”；2020年中国科学技术大学实现76个光子的量子计算原型机“九章”，之后2021年又实现了62超导量子比特的量子计算机“祖冲之”；2022年ibm发布433比特超导量子计算机。量子计算机正处于快速发展阶段，量子比特数目逐步增多。然而，量子计算机仍然是稀缺资源，量子云计算通过以互联网云计算的形式将量子计算机接入到经典通信网络，使得更多人可以访问并使用量子计算资源。

3、提供量子云计算服务的代表有ibm量子计算云平台、亚马逊braket平台等。为了使得用户提交的量子线路能够在量子计算机上执行，通常需要量子编译技术，这也是近年研究热点。2019年，nishio用线路错误率模拟保真度，实现了将任意量子线路转变为符合ibmqx 20量子比特计算机拓扑结构的量子线路；2021年costin iancu等人提出了一种大规模量子线路编译器-qgo；2023年，ji liu等人提出了一种排列感知的量子线路合成算法。

4、2019年gushu li等人提出了一种sabre算法，用来完成量子比特映射和路由。2019年，fred chong等人提出了一种适用于nisq量子计算机的噪声感知的量子编译技术。这些编译技术都集成在了ibm提供的qiskit量子编程软件包里，作为其量子编译器的一部分。通过qiskit，用户可以将任意的量子线路编译成ibm云平台后端量子芯片可执行的物理量子线路。此外还有一些其他的量子编译器，如：tket，projectq，quil 等。

技术实现思路

1、发明人发现，虽然近些年发展了很多量子计算云平台，但是目前的量子编译技术并不完全适用于量子云计算，主要存在以下问题：

2、问题一：目前量子计算处于nisq（noisy intermediate-scale quantum，含噪声中等规模量子）时代，量子芯片含有噪声，并且量子比特保真度不均匀，如何将逻辑量子线路编译到保真度较高的物理量子比特是一个重要问题。已有的量子编译器过于理想化，很少考虑量子芯片的噪声信息，尤其是量子芯片的动态噪声。

3、问题二：已有的量子编译技术编译效率低，例如，要把10比特量子线路编译到具有50比特的量子芯片上，需要在50个比特中找到能够最优化执行该线路的10个比特，这种方式通常编译时间较长，这便增加了用户使用量子计算云平台的等待时间。

4、为了解决上述问题，根据本申请的第一个方面，提供一种量子云计算的编译方法，其特征在于，包括：

5、读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；

6、根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，所述量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；

7、接收用户发送的逻辑量子线路；

8、在所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

9、将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。

10、根据本申请的第二个方面，提供一种量子云计算的编译装置，其特征在于，包括：

11、读取模块，用于读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；

12、建立模块，用于根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，所述量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；

13、接收模块，用于接收用户发送的逻辑量子线路；

14、确定模块，用于在所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

15、编译模块，用于将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。

16、根据本申请的第三个方面，提供一种电子设备，包括：

17、处理器；以及

18、存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行第一个方面所述的方法。

19、根据本申请的第四个方面，提供一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述处理器执行第一个方面所述的方法。

20、根据本申请提供的量子云计算的编译方法和装置，能够实时获取量子计算机中的量子芯片信息，基于实时获取的量子芯片信息形成量子比特耦合子结构库，从量子比特耦合子结构库中确定于逻辑量子线路编译的比特耦合子结构，将逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。这样，由于考虑量子芯片的动态噪声对量子芯片信息的影响，根据量子芯片校准数据自动化建立更新量子芯片的比特耦合子结构数据，从而保证实时掌握量子芯片的动态噪声，将逻辑量子线路编译到保真度较高的物理量子比特，提高编译后可执行物理量子线路的保真度。同时，由于基于实时获取的量子芯片信息形成量子比特耦合子结构库，无需再从实验端获取量子芯片信息，使得编译时可以快速读取量子芯片信息；由于预先按照保真度大小建立了量子比特耦合子结构库，因此在编译时只需考虑所需比特数目的比特耦合子结构即可，而无需考虑整个量子芯片，从而提高编译效率；进一步地，将比特耦合子结构按照保真度大小排序，可以保证将逻辑量子线路编译到最优的量子芯片区域。

技术特征：

1.一种量子云计算的编译方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构，包括：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述从所述量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构，包括：

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述相似度，从所述备选的比特耦合子结构中确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构，包括：

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在计算所述逻辑量子线路的权重图与所述备选的比特耦合子结构的权重图的相似度之前，还包括：

7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

8.一种量子云计算的编译装置，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器在执行所述存储器上的计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。

技术总结
本申请涉及一种量子云计算的编译方法和装置，该方法包括：读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；根据量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；接收用户发送的逻辑量子线路；在所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。根据本申请的方案，保证实时掌握量子芯片的动态噪声，将逻辑量子线路编译到保真度较高的物理量子比特，提高编译后可执行物理量子线路的保真度。

技术研发人员：许宏泽,胡孟军,庄伟峰,王正安
受保护的技术使用者：北京量子信息科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15