[發(fā)明專利]一種基于模擬退火的量子寄存器分配方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010434037.0
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111626423A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 衛(wèi)麗華;朱鵬程
• 申請（專利權）人: 宿遷學院
• 主分類號: G06N10/00
• 分類號: G06N10/00
• 代理公司: 南通錦惠知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 32384
• 代理人: 錢靚

1.一種基于模擬退火的量子寄存器分配方法，其特征在于：包括量子電路解析方法、基于重退火技術的模擬退火方法以及爬山搜索方法；

所述量子電路解析方法為用于基于給定的量子電路和線性最近鄰量子計算架構分別生成矩陣F和矩陣D；

所述基于重退火技術的模擬退火方法運用了重退火技術，即在退火過程中溫度并不僅是單調(diào)下降，而是當發(fā)現(xiàn)連續(xù)拒絕的對換操作超過限定次數(shù)時，會將當前溫度上升到找到當前最優(yōu)置換時的溫度；

所述爬山搜索方法從模擬退火返回的置換開始，對其鄰域進行貪婪搜索，并返回代價更少的置換。

2.根據(jù)權利要求1所述一種基于模擬退火的量子寄存器分配方法，其特征在于：所述量子電路解析方法的具體步驟如下：

根據(jù)含n個邏輯比特的量子電路，定義n×n的邏輯量子比特交互頻度矩陣F＝[f_ij]，其中f_ij表示邏輯量子比特p_i和p_j在整個量子線路中的總交互次數(shù)，即等于作用在兩者之上的兩量子比特邏輯門數(shù)；

根據(jù)給定線性最近鄰量子計算架構，定義n×n的物理量子比特交互距離矩陣D＝[d_ij]，其中d_ij表示在物理量子比特Q_i和Q_j之間建立交互通路最少所需的SWAP門數(shù)；

d_ij＝2*(len_shortest_path(Q_i,Q_j)-1) (1)

公式(1)中的len_shortest_path(Q_i,Q_j)表示Q_i和Q_j之間在給定線性最近鄰量子計算架構中的最短路徑長度；

基于交互頻度矩陣F和交互距離矩陣D，將量子寄存器分配問題形式化為二次分配問題，量子寄存器分配即將量子電路中的每個邏輯量子比特分配給量子計算機上的特定物理量子比特，給n個邏輯量子比特和物理量子比特分別編號為{1,2,3,…,n}，一個可行的量子比特分配方案可表示為n個物理量子比特編號的置換π，即將標號為i的邏輯量子比特分配給標號為π(i)的物理量子比特；給定交互頻度矩陣F和交互距離矩陣D，在特定量子比特分配方案π下，為使量子電路中所有兩量子比特邏輯門滿足近鄰交互約束，需要在不滿足近鄰約束的量子門的前后分別插入一系列SWAP門，前面插入的SWAP門用于實現(xiàn)近鄰約束，后面插入的SWAP門是前面插入的SWAP門逆序，用于消除前面SWAP門對量子態(tài)的影響，將所需的SWAP門數(shù)定義為總體交互代價，可用公式(2)表示；

公式(2)中的n表示量子比特的數(shù)目，π代表一個可行的量子比特分配方案，其是關于元素{1,2,···,n}的一個置換，表示將標號為i的邏輯量子比特分配給標號為π(i)的物理量子比特；total_cost(F,R,π)表示基于給定的矩陣F和矩陣D，量子比特映射方案π所需的總體交互代價，即為滿足近鄰交互所需插入的SWAP門數(shù)。