[發(fā)明專利]用于統(tǒng)一量子計(jì)算機(jī)和量子虛擬機(jī)的接口系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810469329.0
• 申請(qǐng)日: 2018-05-16
• 公開（公告）號(hào): CN108647790A
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 竇猛漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥本源量子計(jì)算科技有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G06N99/00
• 分類號(hào): G06N99/00;G06F9/455;G06F15/173
• 代理公司: 安徽知問律師事務(wù)所 34134
• 代理人: 侯曄

本發(fā)明公開了用于統(tǒng)一量子計(jì)算機(jī)和量子虛擬機(jī)的接口系統(tǒng)及方法，屬于量子計(jì)算領(lǐng)域。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無法在量子計(jì)算機(jī)上使用量子指令集實(shí)現(xiàn)運(yùn)行于量子虛擬機(jī)的量子程序的問題，本發(fā)明按照計(jì)算單元類型分別提供CPU量子虛擬機(jī)接口類和GPU量子虛擬機(jī)接口類，可讓開發(fā)人員根據(jù)自己計(jì)算資源選擇不同類型的量子虛擬機(jī)。本方案把操作量子計(jì)算機(jī)的指令填充到經(jīng)典計(jì)算機(jī)的固定內(nèi)存空間，F(xiàn)PGA驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)指令的類型控制微波發(fā)射器發(fā)送對(duì)應(yīng)的波形，以達(dá)到控制量子計(jì)算機(jī)的目的。避免了量子程序無法在量子虛擬機(jī)和量子計(jì)算機(jī)上復(fù)用的缺點(diǎn)，方便開發(fā)人員在無量子計(jì)算機(jī)的前提下，使用量子虛擬機(jī)進(jìn)行開發(fā)，并且在量子程序開發(fā)完成之后，可以復(fù)用到量子計(jì)算機(jī)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供了一種用于統(tǒng)一量子計(jì)算機(jī)和量子虛擬機(jī)的對(duì)外接口的方法，屬于量子計(jì)算領(lǐng)域。

背景技術(shù)

量子計(jì)算機(jī)因其具有相對(duì)普通計(jì)算機(jī)更高效的處理數(shù)學(xué)問題的能力，例如能將破解RSA密鑰的時(shí)間從數(shù)百年加速到數(shù)小時(shí)，故成為一種正在研究中的關(guān)鍵技術(shù)。然而，現(xiàn)階段的量子計(jì)算機(jī)的原型機(jī)的量子位數(shù)量較少，實(shí)際處理速度還沒有經(jīng)典計(jì)算機(jī)快。為了解決這個(gè)問題，人們用量子虛擬機(jī)對(duì)量子計(jì)算機(jī)的行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，這種方法通常用來驗(yàn)證量子算法或者量子計(jì)算機(jī)行為的正確性，對(duì)量子算法和量子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。而量子虛擬機(jī)是人們使用經(jīng)典計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)的對(duì)代表量子邏輯門的幺正變換矩陣和代表量子態(tài)的復(fù)數(shù)矢量之積的模擬，人們可使用量子指令集編寫的量子程序在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上操控量子虛擬機(jī)對(duì)量子態(tài)的變化進(jìn)行分析與仿真。

然而，由于量子虛擬機(jī)是使用經(jīng)典計(jì)算機(jī)語言實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致其只能在經(jīng)典計(jì)算機(jī)上執(zhí)行，即無法控制量子計(jì)算機(jī)。因?yàn)椋跊]有統(tǒng)一量子虛擬機(jī)和量子計(jì)算機(jī)對(duì)外接口的前提下，量子計(jì)算機(jī)無法識(shí)別經(jīng)典計(jì)算機(jī)的可執(zhí)行程序，無法識(shí)別經(jīng)典計(jì)算機(jī)發(fā)出的指令，無法復(fù)用量子程序，這導(dǎo)致研發(fā)人員需要進(jìn)行額外的工作。現(xiàn)有技術(shù)沒有比較好的量子計(jì)算機(jī)和量子虛擬機(jī)對(duì)外接口的方式。

發(fā)明內(nèi)容

1、要解決的問題

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)無法在量子計(jì)算機(jī)上使用量子指令集實(shí)現(xiàn)運(yùn)行于量子虛擬機(jī)量子程序的問題，本發(fā)明提供了一種用于統(tǒng)一量子虛擬機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的接口系統(tǒng)及方法，避免了量子程序無法在量子虛擬機(jī)和量子計(jì)算機(jī)上復(fù)用的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)量子程序開發(fā)的軟硬件解耦，方便開發(fā)人員在無量子計(jì)算機(jī)的前提下，使用量子虛擬機(jī)進(jìn)行開發(fā)，并且在量子程序開發(fā)完成之后，可以無修改的復(fù)用到量子計(jì)算機(jī)。

2、技術(shù)方案

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。

利用量子計(jì)算機(jī)的基本運(yùn)算操作是量子邏輯門這一特點(diǎn)，將量子計(jì)算機(jī)與量子虛擬機(jī)的對(duì)外接口統(tǒng)一為量子邏輯門類。具體的設(shè)置如下：

用于統(tǒng)一量子計(jì)算機(jī)和量子虛擬機(jī)的接口系統(tǒng)，包括對(duì)外接口模塊，對(duì)外接口模塊與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連，還包括量子虛擬機(jī)模塊和量子計(jì)算機(jī)模塊，對(duì)外接口模塊分別連接量子虛擬機(jī)模塊和量子計(jì)算機(jī)模塊，量子虛擬機(jī)模塊與量子虛擬機(jī)連接，量子計(jì)算機(jī)模塊與量子計(jì)算機(jī)連接。

更進(jìn)一步的，對(duì)外接口模塊，包括：

加載接口，與外部傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連；

接口系統(tǒng)解析模塊，解析量子程序?yàn)榱孔又噶铈湵恚?/p>

選擇單元接口，選擇對(duì)應(yīng)的量子虛擬機(jī)或量子計(jì)算機(jī)作為計(jì)算單元；

執(zhí)行接口，將使用對(duì)應(yīng)計(jì)算單元執(zhí)行計(jì)算量子程序。

更進(jìn)一步的，所述的量子虛擬機(jī)和量子計(jì)算機(jī)的量子邏輯門都對(duì)應(yīng)設(shè)定有量子邏輯門接口基類。

更進(jìn)一步的，量子虛擬機(jī)的量子邏輯門接口基類包括CPU量子虛擬機(jī)接口類和GPU量子虛擬機(jī)接口類。

基于用于統(tǒng)一量子計(jì)算機(jī)和量子虛擬機(jī)的接口系統(tǒng)的接口方法，步驟如下：