[发明专利]一种量子线路优化方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种量子线路优化方法、装置、设备及存储介质，应用于量子计算技术领域，包括获取待优化量子线路；确定待优化量子线路中的优化单元，并将优化单元替换成综合表达式，得到第一优化量子线路；优化单元对应至少两比特泡利算符；根据预设标准，以及综合表达式前后的线路，将综合表达式替换为等效线路，形成第二优化量子线路；第二优化量子线路包括可消除的量子门；对第二优化量子线路进行门消除，得到已优化量子线路。通过先提取待优化量子线路的优化单元确定对应的综合表达式，基于综合表达式替换为等效电路，替换时使得量子线路包括可消除的量子门；最后进行门消除，可以有效简化量子线路的结构，实现对量子线路的优化。

技术领域

本发明涉及量子计算技术领域，特别是涉及一种量子线路优化方法、一种量子线路优化装置、一种量子线路优化设备以及一种计算机可读存储介质。

背景技术

现在的量子计算机还存在很多限制，且完全容错的量子计算机尚不可用。我们必须使用所谓的含噪中等规模量子设备，其特点是量子计算机的量子比特范围在50到几百之间，缺乏全尺度量子错误校正，以及它们对可运行的线路施加的严格限制。主要的限制有两点，有限的量子比特数目和有限的可运行量子线路深度（量子线路不可并行化运行的量子门层数）。为了降低对量子计算机的要求，提高运行效率，通常会采用量子线路优化算法减少量子门的数量和降低量子线路的深度。因此很多复杂量子算法可以依靠量子线路优化算法在含噪中等规模量子设备上运行。

泡利算符X，Y，Z，这三者可以构成9种2比特泡利算符形式，记为P⨂P，其中P∈{X，Y，Z}。P⨂P这个2比特泡利算符对应的量子线路，其中j,k分别表示泡利算符作用的量子比特。量子线路优化算法有很多不同的简化规则和适用场景，而X⨂X、X⨂Y、X⨂Z、Y⨂X、Y⨂Y、Y⨂Z、Z⨂X、Z⨂Y、Z⨂Z这9种2比特泡利算符可以涵盖所有的2比特泡利算符，这种线路在量子计算中很常见，比如量子哈密顿模拟、酉矩阵分解等。所以如何提供一种可以对量子线路进行优化的技术方案是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种量子线路优化方法，可以简化量子线路的结构；本发明的另一目的在于提供一种量子线路优化装置、一种量子线路优化设备以及一种计算机可读存储介质，可以简化量子线路的结构。

为解决上述技术问题，本发明提供一种量子线路优化方法，包括：

获取待优化量子线路；

确定所述待优化量子线路中的优化单元，并将所述优化单元替换成综合表达式，得到第一优化量子线路；所述优化单元对应至少两比特泡利算符；

根据预设标准，以及所述综合表达式前后的线路，将所述综合表达式替换为等效线路，形成第二优化量子线路；所述第二优化量子线路包括可消除的量子门；

对所述第二优化量子线路进行门消除，得到已优化量子线路。

可选的，所述确定所述待优化量子线路中的优化单元，并将所述优化单元替换成综合表达式，得到第一优化量子线路包括：

以两比特泡利算符为优化单元，确定所述待优化量子线路中的优化单元，并将所述优化单元替换成综合表达式，得到第一优化量子线路。

可选的，所述综合表达式包括：

X⨂X，X⨂Y，X⨂Z，Y⨂X，Y⨂Y，Y⨂Z，Z⨂X，Z⨂Y，Z⨂Z。

可选的，所述根据预设标准，以及所述综合表达式前后的线路，将所述综合表达式替换为等效线路，形成第二优化量子线路包括：

根据所述综合表达式前后的线路，确定所述综合表达式对应的各个待选等效线路的优先级；所述优先级包括高优先级和低优先级，所述高优先级为使所述第二优化量子线路具有可消除的量子门的待选等效线路对应的优先级；所述低优先级为线路深度最浅的待选等效线路所对应的优先级；在同一所述待选等效线路中所述高优先级覆盖所述低优先级；