[发明专利]量子位交互错误感知的CNOT线路最近邻综合方法

说明书

本发明公开了一种量子位交互错误感知的CNOT线路最近邻综合方法，包含以下步骤：步骤S0，根据CNOT线路生成对应的布尔矩阵；步骤S1，对布尔矩阵的每一列构造最小噪声Steiner树，所述每一列的最小噪声Steiner树根据实际量子体系结构下最小噪声路径获得；步骤S2，对布尔矩阵依次进行主对角线下方元素高斯消元及主对角线上方元素高斯消元，在高斯消元过程中根据最小Steiner噪声路径对每一列的最小噪声Steiner树中列值为零的steiner点置1，上述最小噪声路径及最小Steiner噪声路径均考虑了实际量子体系结构中相邻量子位交互错误率，在保证线路可靠性的前提下实现CNOT量子线路的最近邻综合，同时降低量子线路最近邻综合代价。

技术领域

本发明属于量子计算领域，更具体地，涉及一种量子位交互错误感知的CNOT线路最近邻综合方法。

背景技术

随着量子计算的不断发展，其对诸多领域可能带来的潜在或直接的颠覆性影响被得到越来越多的学者认同。虽然早期量子计算在实用化过程中还存在许多问题，但近年来随着诸如两能级体系量子处理器(离子阱或超导等)、量子算法(Shor算法等)、量子编码(QECC 量子纠错码等)等一系列技术难题被攻克，尤其是随着IBM-Q等真实量子系统的公开，量子计算受到了越来越多学者的关注。

由于离子阱和超导技术对量子位交互施加了连接限制，要求可执行的量子线路必须满足最近邻约束，即两量子位的操作只能在物理相邻的两个物理量子位上执行。传统的方法是利用初始映射将逻辑量子线路映射到实际的物理架构上，图1显示了将一个有4个CNOT量子门组成的量子逻辑线路映射到二维量子架构的一般过程。在映射的过程可以尽可能是实现CNOT门的近邻，然后在通过插入SWAP门，来实现量子线路的完全最近邻。

在Niu S等人发表的A Hardware-Aware Heuristic for the Qubit MappingProblem in the NISQ文献中，通过SWAP或者桥门来实现量子线路的最近邻。由于一个SWAP门由3个 CNOT门组成，一个桥门等价于4个CNOT门，这些方法的使用不仅会导致综合过程中CNOT 门数量以3的倍数增长，而且会使得操作过程中基于CNOT-error产生的错误率增大，虽然实现了线路的最近邻话化，但是没有更好的降低错误率以实现量子线路在真实量子计算机上运行的可靠性。随着量子计算机的逐步实现和商业化，我们有必要进一步研究，在保证可靠性的前提下，尽可能的减少综合过程中CNOT门数的方法。

量子线路综合是实现量子线路最近邻的另一种方式。通过将量子线路表示成对应的布尔矩阵。利用受物理架构约束的高斯消元，将对应的布尔矩阵化为单位矩阵的过程就是对 CNOT量子线路的最近邻综合。高斯消元中每一个行操作对应一个CNOT门，总的CNOT门代价就是行操作的次数，所有CNOT门的逆序操作就是量子线路在实际量子计算机上的执行顺序。CNOT量子线路是量子计算机实现量子算法的基本线路。所以研究CNOT量子线路的综合，对量子线路在实际量子芯片上的可靠运行非常重要。目前的真实量子系统，由于集成的量子位数量还不多，并且存在量子退相干等影响计算结果的噪声，因此被称为“中等规模有噪声量子计算机(NISQ)”。NISQ系统中的量子操作过程是“易出错的”，出错的一部分原因就是因为存在相邻了量子位之间的交互错误率CNOT-error。

发明内容

为了解决现有CNOT量子线路最近邻算法中不能同时兼备在实际量子体系结构中执行量子线路错误率及生成最近邻线路代价低的问题，本发明提供一种量子位交互错误感知的 CNOT线路最近邻综合方法，在首先利用最小噪声路径生成每一列的最小噪声Steiner树，接着在高斯消元过程中根据最小Steiner噪声路径对每一列的最小噪声Steiner树中列值为零的steiner点置1，上述最小噪声路径及最小Steiner噪声路径均考虑了实际量子体系结构中相邻量子位交互错误率，在保证线路可靠性的前提下实现CNOT量子线路的最近邻综合，同时降低量子线路最近邻综合代价。

为了实现以上目的，本发明采用的一种技术方案如下：