[發明專利]基于PyTorch的輕量快速的量子電路模擬實現系統

在審

• 申請號: 202210003901.0
• 申請日: 2022-01-04
• 公開（公告）號: CN114528995A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 謝哲;申倬豪;唐豪;金賢敏
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06N10/20
• 分類號: G06N10/20
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于PyTorch的輕量快速的量子電路模擬實現系統，其特征在于，包括：量子電路設計模塊、量子電路轉換模塊和量子電路計算模塊，其中：量子電路設計模塊根據用戶輸入的量子電路描述，構建對應的量子電路對象；量子電路轉換模塊根據量子電路對象，轉換并編譯得到對應的量子電路PyTorch對象；量子電路計算模塊根據量子電路PyTorch對象與用戶輸入的量子態，進行量子電路模擬計算，得到用于構成完整的量子電路模型的測量結果；

所述的量子電路描述，包含量子電路中的所有量子門種類、順序及名稱信息；

所述的量子電路PyTorch對象包括量子電路對象中包含的量子門對應的參數信息。

2.根據權利要求1所述的基于PyTorch的輕量快速的量子電路模擬實現系統，其特征是，所述的量子電路設計模塊內置不同量子門種類對應的添加門電路成員函數，根據用戶調添加對應的量子門信息并構建量子電路對象，該量子電路對象通過列表類型的成員變量的方式，存儲所述的用戶輸入的量子電路描述中包含的量子門種類、順序及名稱信息。

3.根據權利要求1所述的基于PyTorch的輕量快速的量子電路模擬實現系統，其特征是，所述的轉換是指：根據量子電路對象內部以列表形式存儲的所有量子門信息，逐一轉換為量子門對應的參數矩陣，并按順序存儲于量子電路PyTorch對象的順序表中，該順序表包括含優化參數矩陣與無優化參數矩陣，其中：含優化參數矩陣對應包含參數的量子門，無優化參數矩陣對應不包含參數的量子門。

4.根據權利要求1所述的基于PyTorch的輕量快速的量子電路模擬實現系統，其特征是，所述的編譯是指：按照順序遍歷量子電路PyTorch對象的順序表，對相鄰的兩個無優化參數矩陣進行合并，以降低連續的無優化參數矩陣造成的計算時間開銷。

5.根據權利要求1所述的基于PyTorch的輕量快速的量子電路模擬實現系統，其特征是，所述的量子電路模擬計算是指：對于量子電路PyTorch對象的順序表中存儲的第一個參數矩陣，將其與用戶輸入的量子態進行矩陣乘法操作，作為該參數矩陣對應的運算結果；對于量子電路PyTorch對象的順序表中存儲的其余的參數矩陣，將其與順序表中上一參數矩陣對應的運算結果進行矩陣乘法操作，作為該參數矩陣對應的運算結果；順序表中最后一個參數矩陣對應的運算結果即量子電路的計算結果。

6.根據權利要求5所述的基于PyTorch的輕量快速的量子電路模擬實現系統，其特征是，所述的矩陣乘法操作是指：根據用戶運行所述的量子電路模擬實現系統的程序時使用的計算設備，自動選擇密集矩陣或稀疏矩陣后端程序，對輸入矩陣使用特定的PyTorch矩陣乘法接口進行矩陣乘法運算，當用戶使用CPU設備時，量子電路計算模塊選擇稀疏矩陣計算后端程序，將順序表中存儲所有的參數矩陣轉換為稀疏參數矩陣，并使用PyTorch稀疏矩陣乘法接口進行矩陣乘法運算；當用戶使用GPU設備或其它擁有高性能并行計算能力的設備時，量子電路計算模塊選擇密集矩陣計算后端程序，直接使用PyTorch密集矩陣乘法接口進行矩陣乘法運算。

7.根據權利要求1或5所述的基于PyTorch的輕量快速的量子電路模擬實現系統，其特征是，所述的量子電路模擬計算進一步包括共軛轉置變換操作，即：通過設置額外的共軛轉置標志，決定是否對輸入的量子電路PyTorch對象對應的量子電路在進行共軛轉置操作后計算，在執行共軛轉置操作時，將量子電路PyTorch對象內部的順序表中的所有參數矩陣分別進行矩陣共軛轉置計算，并將該順序表進行前后翻轉，存儲于量子電路PyTorch對象中。