[发明专利]面向二维近邻量子计算架构的量子寄存器分配方法和系统

权利要求书

1.一种面向二维近邻量子计算架构的量子寄存器分配方法，其特征在于：量子寄存器分配方法包括量子电路解析方法和基于混合智能算法的量子比特分配方法；所述量子电路解析方法用于将给定的量子电路解析为逻辑量子比特交互频度矩阵，生成矩阵F，并将二维近邻量子计算架构解析为物理量子比特交互距离矩阵，生成矩阵D；所述基于混合智能算法的量子比特分配方法包括模拟退火方法、禁忌搜索方法和变异操作方法；首先通过初始解生成方法在所有可能置换中随机选择一个作为量子比特分配的初始解；其次，从初始解开始，通过模拟退火寻找代价更优的可行解作为当前解；然后，对当前最优解迭代地应用禁忌搜索和模拟退火进行持续优化，重复迭代步骤直到迭代次数达到预先定义的阈值。

2.根据权利要求1所述面向二维近邻量子计算架构的量子寄存器分配方法，其特征在于：所述量子电路解析方法，具体步骤如下：

根据含n个逻辑比特的量子电路，定义n×n的逻辑量子比特交互频度矩阵F＝[f_ij]，其中f_ij表示逻辑量子比特p_i和p_j在整个量子线路中的总交互次数，即等于作用在两者之上的两量子比特逻辑门数；根据给定量子计算机的二维近邻量子计算架构图，定义n×n的物理量子比特交互距离矩阵D＝[d_ij]，其中d_ij表示在物理量子比特Q_i和Q_j之间建立交互通路最少所需的SWAP门数；

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之间在二维近邻量子计算架构图中的最短路径长度；

交互距离矩阵D将各种不同的二维近邻量子计算架构抽象成统一的矩阵形式，使得寄存器分配方法可以适用于各种二维近邻架构；

基于交互频度矩阵F和交互距离矩阵D，执行一个量子电路的总体交互代价如公式(2)所示；

其中，n表示量子比特的数目；π代表一个可行的量子比特分配方案，其是关于元素{1,2,···,n}的一个置换，表示将标号为i的逻辑量子比特分配给标号为π(i)的物理量子比特；total_cost(F,R,π)表示基于给定的矩阵F和矩阵D，量子比特映射方案π所需的总体交互代价，即为满足近邻交互所需插入的SWAP门数。