[發(fā)明專利]一種全振幅量子計(jì)算模擬方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910293555.2
• 申請(qǐng)日: 2019-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN111832144A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 俞磊;竇猛漢;王晶
• 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): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06N10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種全振幅量子計(jì)算模擬方法，包括：配置并行設(shè)置的分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)，分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)包括相互通信的主核和從核；配置待計(jì)算量子程序至各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的主核，待計(jì)算量子程序以鏈表形式存儲(chǔ)，鏈表的每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)一個(gè)量子操作指令；根據(jù)執(zhí)行待計(jì)算量子程序所需要的量子比特?cái)?shù)量和主核數(shù)量,配置并初始化各主核存儲(chǔ)的量子態(tài)，其中，各主核均分存儲(chǔ)量子比特的所有量子態(tài)；在各主核內(nèi)遍歷所述鏈表的節(jié)點(diǎn)，針對(duì)遍歷到的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，所述主核及其對(duì)應(yīng)的從核配合執(zhí)行當(dāng)前節(jié)點(diǎn)內(nèi)存儲(chǔ)的量子操作指令，直至遍歷完鏈表的所有節(jié)點(diǎn)，完成全振幅量子計(jì)算模擬。利用本發(fā)明實(shí)施例，能夠提高全振幅量子計(jì)算的模擬效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于量子計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種全振幅量子計(jì)算模擬方法。

背景技術(shù)

神威·太湖之光超級(jí)計(jì)算機(jī)是由國家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心自主研發(fā)，現(xiàn)安裝在國家超級(jí)計(jì)算無錫中心的超級(jí)計(jì)算機(jī)，峰值性能為125.4PFlops，從2016年6月20日至2017年11月31日連續(xù)5次獲得全球超級(jí)計(jì)算機(jī)500強(qiáng)(TOP500)榜單第一名。其基于申威SW26010處理器構(gòu)建，共包含40960塊SW26010處理器，每個(gè)處理器包含4個(gè)核組，每個(gè)核組包含1個(gè)MPE(Management Processing Element，簡(jiǎn)稱主核)和64個(gè)CPEs(ComputingProcessing Elements，簡(jiǎn)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(jì)算仿真是一個(gè)借助數(shù)值計(jì)算和計(jì)算機(jī)科學(xué)來仿真遵循量子力學(xué)規(guī)律的模擬計(jì)算，介于數(shù)學(xué)、量子力學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的交叉學(xué)科，在大數(shù)據(jù)分解算法、搜索算法、分子模擬等有著重要的應(yīng)用。作為一個(gè)仿真程序，它依據(jù)量子力學(xué)的量子比特的基本定律，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力，刻畫量子態(tài)的時(shí)空演化，具有計(jì)算密集、數(shù)據(jù)量大、仿真花費(fèi)時(shí)間過長等特點(diǎn)。全振幅量子計(jì)算模擬是指一次模擬計(jì)算就能計(jì)算出來那個(gè)子態(tài)的所有振幅，在實(shí)施的時(shí)候，全振幅量子計(jì)算模擬的空間開銷和時(shí)間開銷隨著量子比特?cái)?shù)增加呈指數(shù)增長。

如何結(jié)合神威·太湖之光體系架構(gòu)與編程特點(diǎn)充分發(fā)揮神威·太湖之光超算平臺(tái)及其SW26010處理器強(qiáng)大的計(jì)算能力，通過其中并行的分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)量子比特的全振幅量子計(jì)算模擬意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種全振幅量子計(jì)算模擬方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，它能夠在并行設(shè)置的分布式節(jié)點(diǎn)上，利用主核及從核構(gòu)建的二級(jí)并行方式，實(shí)現(xiàn)全振幅量子計(jì)算的模擬，提高模擬效率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種全振幅量子計(jì)算模擬方法，包括：

配置并行設(shè)置的分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)，所述分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)包括相互通信的主核和從核；

配置待計(jì)算量子程序至各所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)的主核，所述待計(jì)算量子程序以鏈表形式存儲(chǔ)，所述鏈表的每個(gè)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)一個(gè)量子操作指令；

根據(jù)執(zhí)行所述待計(jì)算量子程序所需要的量子比特?cái)?shù)量和主核數(shù)量,配置并初始化各主核存儲(chǔ)的量子態(tài)，其中，各主核均分存儲(chǔ)所述量子比特的所有量子態(tài)；

在各所述主核內(nèi)遍歷所述鏈表的節(jié)點(diǎn)，針對(duì)遍歷到的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)，所述主核及其對(duì)應(yīng)的從核配合執(zhí)行所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)內(nèi)存儲(chǔ)的量子操作指令，直至遍歷完所述鏈表的所有節(jié)點(diǎn)，完成全振幅量子計(jì)算模擬。

可選的，所述主核及其對(duì)應(yīng)的從核配合執(zhí)行所述當(dāng)前節(jié)點(diǎn)內(nèi)存儲(chǔ)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：?jiǎn)瘟孔舆壿嬮T操作、雙量子邏輯門操作、測(cè)量操作及概率測(cè)量操作；

所述主核及其對(duì)應(yīng)的從核配合執(zhí)行量子操作指令的類型對(duì)應(yīng)的計(jì)算。

可選的，所述主核及其對(duì)應(yīng)的從核配合執(zhí)行量子操作指令的類型對(duì)應(yīng)的計(jì)算，包括：主核執(zhí)行步驟和從核執(zhí)行步驟；