[發明專利]一種全振幅量子計算模擬方法

在審

• 申請號: 201910293555.2
• 申請日: 2019-04-12
• 公開（公告）號: CN111832144A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 俞磊;竇猛漢;王晶
• 申請（專利權）人: 合肥本源量子計算科技有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06N10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種全振幅量子計算模擬方法，包括：配置并行設置的分布式計算節點，分布式計算節點包括相互通信的主核和從核；配置待計算量子程序至各計算節點的主核，待計算量子程序以鏈表形式存儲，鏈表的每個節點存儲一個量子操作指令；根據執行待計算量子程序所需要的量子比特數量和主核數量,配置并初始化各主核存儲的量子態，其中，各主核均分存儲量子比特的所有量子態；在各主核內遍歷所述鏈表的節點，針對遍歷到的當前節點，所述主核及其對應的從核配合執行當前節點內存儲的量子操作指令，直至遍歷完鏈表的所有節點，完成全振幅量子計算模擬。利用本發明實施例，能夠提高全振幅量子計算的模擬效率。

技術領域

本發明屬于量子計算技術領域，特別是一種全振幅量子計算模擬方法。

背景技術

神威·太湖之光超級計算機是由國家并行計算機工程技術研究中心自主研發，現安裝在國家超級計算無錫中心的超級計算機，峰值性能為125.4PFlops，從2016年6月20日至2017年11月31日連續5次獲得全球超級計算機500強(TOP500)榜單第一名。其基于申威SW26010處理器構建，共包含40960塊SW26010處理器，每個處理器包含4個核組，每個核組包含1個MPE(Management Processing Element，簡稱主核)和64個CPEs(ComputingProcessing Elements，簡稱從核)，從核分布在8×8的陣列中。其中主核上的編譯器支持C，C++和Fortran 3種編程語言，而從核上的編譯器只支持C與Fortran兩種編程語言。

量子計算仿真是一個借助數值計算和計算機科學來仿真遵循量子力學規律的模擬計算，介于數學、量子力學和計算機科學之間的交叉學科，在大數據分解算法、搜索算法、分子模擬等有著重要的應用。作為一個仿真程序，它依據量子力學的量子比特的基本定律，利用計算機的高速計算能力，刻畫量子態的時空演化，具有計算密集、數據量大、仿真花費時間過長等特點。全振幅量子計算模擬是指一次模擬計算就能計算出來那個子態的所有振幅，在實施的時候，全振幅量子計算模擬的空間開銷和時間開銷隨著量子比特數增加呈指數增長。

如何結合神威·太湖之光體系架構與編程特點充分發揮神威·太湖之光超算平臺及其SW26010處理器強大的計算能力，通過其中并行的分布式計算節點來實現量子比特的全振幅量子計算模擬意義重大。

發明內容

本發明的目的是提供一種全振幅量子計算模擬方法，以解決現有技術中的不足，它能夠在并行設置的分布式節點上，利用主核及從核構建的二級并行方式，實現全振幅量子計算的模擬，提高模擬效率。

本發明采用的技術方案如下：

一種全振幅量子計算模擬方法，包括：

配置并行設置的分布式計算節點，所述分布式計算節點包括相互通信的主核和從核；

配置待計算量子程序至各所述計算節點的主核，所述待計算量子程序以鏈表形式存儲，所述鏈表的每個節點存儲一個量子操作指令；

根據執行所述待計算量子程序所需要的量子比特數量和主核數量,配置并初始化各主核存儲的量子態，其中，各主核均分存儲所述量子比特的所有量子態；

在各所述主核內遍歷所述鏈表的節點，針對遍歷到的當前節點，所述主核及其對應的從核配合執行所述當前節點內存儲的量子操作指令，直至遍歷完所述鏈表的所有節點，完成全振幅量子計算模擬。

可選的，所述主核及其對應的從核配合執行所述當前節點內存儲的量子操作指令，包括：

確定所述量子操作指令的類型，所述類型包括：單量子邏輯門操作、雙量子邏輯門操作、測量操作及概率測量操作；

所述主核及其對應的從核配合執行量子操作指令的類型對應的計算。

可選的，所述主核及其對應的從核配合執行量子操作指令的類型對應的計算，包括：主核執行步驟和從核執行步驟；