[发明专利]一种构建量子线路的方法及系统

说明书

本发明公开了一种构建量子线路的方法及系统，属于量子计算领域。目前阶段，一方面缺乏与量子计算机的基本操作对应的量子基本指令集，以及相应的量子程序框架。另一方面，基本的量子指令集过于简单，无法有效地构建一些量子算法的量子线路，甚至无法生成一些量子算法的量子线路，比如Shor算法和相位估计算法。这妨碍了量子算法及量子计算机的研究，因此需要寻找方法来解决这个量子线路生成问题。本发明提供了一种构建量子线路的方法及系统，可以将量子线路中涉及的操作提取出来，构建出一组完备的量子程序指令集，通过调用这个指令集提出一种高效地生成量子线路的方法及系统。

技术领域

本发明提供了一种构建量子线路的方法及系统，属于量子计算领域。

背景技术

量子计算机因其具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，例如能将破解RSA密钥的时间从数百年加速到数小时，故成为一种正在研究中的关键技术。然而，现阶段的量子计算机的原型机的量子位数量较少，实际处理速度还没有经典计算机快。为了解决这个问题，人们用量子虚拟机对量子计算机的行为进行预测，这种方法通常用来验证量子算法或者量子计算机行为的正确性，对量子算法和量子计算机设计进行指导。而量子虚拟机是人们使用经典计算机语言实现的对代表量子逻辑门的幺正变换矩阵和代表量子态的复数矢量之积的模拟，人们可使用量子指令集编写的量子程序在经典计算机上操控量子虚拟机对了量子态的变化进行分析与仿真。

当量子计算机包含的量子比特数目大于50时，计算能力将超过所有经典计算机。然而，量子计算机在底层硬件架构和工作方式上都与经典计算机有本质的不同，所以经典计算机的程序语言不适用于量子计算机，量子计算机需要专用的量子程序语言。目前阶段，量子计算机在软件层面发展缓慢，量子程序指令集还不完善，很多量子算法的量子线路还无法用量子指令集构建出来。其构建量子线路的效率低，功能少。

发明内容

1、要解决的问题

目前阶段，一方面缺乏与量子计算机的基本操作对应的量子基本指令集，以及相应的量子程序框架。另一方面，基本的量子指令集过于简单，无法有效地构建一些量子算法的量子线路，甚至无法生成一些量子算法的量子线路，比如Shor算法和相位估计算法。这妨碍了量子算法及量子计算机的研究，因此需要寻找方法来解决这个量子线路生成问题。本发明提供了一种构建量子线路的方法及系统，可以将量子线路中涉及的操作提取出来，构建出一组完备的量子程序指令集，通过调用这个指令集提出一种高效地生成量子线路的方法。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种构建量子线路的方法，其步骤如下：

(1)获取要构建的量子线路信息；

(2)用初始化量子指令对量子线路初始化；

(3)调用量子程序指令集中相应指令实现目标量子线路中所有操作；

(4)量子线路构建完毕。

更进一步的，步骤(2)中，初始化指令包括量子指令QINIT和CREG，其中QINIT指令输入参数为量子比特数目n，定义n个量子比特，初态为|0>；CREG指令输入参数为经典寄存器数目c，定义c个保存测量结果的经典寄存器，初值为0。

更进一步的，步骤(3)中量子程序指令集包括对量子比特序号进行相应的操作的指令集。

更进一步的，量子程序指令集包括，单量子比特逻辑门操作指令：

H，输入参数：量子比特序号q，对q号量子比特进行Hadamard量子逻辑门操作；

RX/RY/RZ，输入参数：量子比特序号q,旋转角度θ，θ用弧度制表示，PI＝π，对q号量子比特进行RX/RY/RZ量子逻辑门操作，旋转角度为θ；