[发明专利]一种基于贪婪算法的量子线路优化方法

权利要求书

1.一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)输入初始量子线路图；

(2)将线路中的2-local Hamiltonian量子门分组；

(3)将线路分层，用贪婪算法从步骤(2)得到的分组中依次选择每层的2-localHamiltonian量子门，加入到排序列表中；

(4)根据上一层量子门选取情况用贪婪策略选取下一层2-local Hamiltonian量子门加入到排序列表中直到所有量子门选完；

(5)根据列表排序方案对2-local Hamiltonian量子门进行优化；

(6)输出优化后的量子线路。

2.根据权利要求1所述的一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，步骤(2)以泡利算符作为标签对2-local Hamiltonian量子门进行分组。

3.根据权利要求2所述的一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，步骤(3)中2-local Hamiltonian量子门选取步骤为：

(31)将量子线路分层；

(32)根据贪婪算法依次选取每层的2-local Hamiltonian量子门；

(33)将每层的2-local Hamiltonian量子门依次添加进排序列表。

4.根据权利要求3所述的一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，步骤(32)中2-local Hamiltonian量子门选取策略包含以下方法：

(321)每层的2-local Hamiltonian量子门所包含的量子比特从最小的数字开始，到最大的数字结束，以占据所有的比特为最佳原则；

(322)每层相邻的2-local Hamiltonian量子门中，后一个2-local Hamiltonian量子门所占据的第一个量子比特和前一个2-local Hamiltonian量子门所占据的第二个量子比特相同；

(323)每层相邻的2-local Hamiltonian量子门相同比特上的泡利算符标签相同。

5.根据权利要求1所述的一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，步骤(4)中每层的首个2-local Hamiltonian量子门按照字典式顺序选择。

6.根据权利要求4所述的一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，步骤(4)中每一层的2-local Hamiltonian量子门的选取包含以下方法：

(41)当前层中每一个2-local Hamiltonian量子门在上一层泡利算符标签组的量子门中选择；

(42)当前层中每一个2-local Hamiltonian量子门从含有最多剩余量子门的泡利算符标签组中选取。

7.根据权利要求2所述的一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，步骤(5)基于步骤(4)选取的顺序对2-local Hamiltonian量子门进行优化方法如下：

(51)对2-local Hamiltonian量子门进行对角化分解；

(52)根据步骤(4)得到的量子门列表顺序依次抵消掉相邻的对角化门。

8.根据权利要求7所述的一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，步骤(51)中对2-local Hamiltonian量子门的对角化分解采用如下形式：

其中D_x、D_y分别代表泡利算符X,Y的对角化矩阵，R_z(θ)为单量子比特旋转门，P代表泡利算符X或Y。

9.根据权利要求8所述的一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，还包括如下步骤：每一层的2-local Hamiltonian量子门在经过优化后每三个相邻的2-localHamiltonian量子门将第一个和第三个2-local Hamiltonian量子门并行。

10.根据权利要求8所述的一种基于贪婪算法的量子线路优化方法，其特征在于，线路第一层的2-local Hamiltonian量子门的第一个CNOT门按Depth First Search方法或EdgeColoring方法抵消掉。