关键词:
量子计算
量子软件
量子程序
编译
程序合成
摘要:
当前的量子程序一般由量子电路表示,由多个量子门组成.如果程序包含了被直接表示为酉矩阵的门,需要将这些量子门转化为基本门所构成的量子电路.该步骤被称为量子电路合成.然而,当前的合成方法可能会生成包含数千个门的量子电路.这些量子电路的质量较低,在部署到真实含噪声的量子硬件时非常容易输出错误的结果.此外,在保证门数量较小的情况下,当量子比特数量增至8时,量子电路合成需要数周甚至数月的时间.在这项工作中,提出一种量子电路合成方法,实现从酉矩阵到高质量量子电路的快速合成.首先介绍一种迭代方法,通过插入电路模块来逼近目标酉矩阵.在迭代中,提出一种具有奖励机制的前瞻策略减少冗余量子门.在量子电路合成的加速过程中,为了减少候选电路模块的空间,提出一种剪枝方法,首先描述每个候选电路模块的闭包来刻画电路的表示空间,然后基于模块的表示空间重叠率进行剪枝,以此构建一个小而高质量的候选集合.此外,为了减少搜索最优门参数的开销,将选定的候选与目标酉矩阵打包成统一电路,然后通过计算其在基态上的期望来快速获得近似距离.实验证明,与当前的最优的量子电路合成方法 QuCT和QFAST相比,该方法在5–8量子比特量子电路合成中实现了减少门数量为原有方法的37.04%–62.50%,同时实现3.7–20.6倍的加速.