CN110428055A - 量子计算方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种量子计算方法和设备。其中，该方法包括：检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点，交线顶点为连接有至少两个两比特量子门的顶点；通过拆除交线顶点，拆除至少两个两比特量子门。本发明解决了由于计算资源的需求随着量子比特数增加以指数递增而造成的难以模拟中等规模量子电路的技术问题。

Description

量子计算方法和设备

技术领域

本发明涉及量子计算领域，具体而言，涉及一种分布式量子电路模拟方案，具体涉及一种量子计算方法和设备。

背景技术

量子计算与量子信息是一门基于量子力学的原理来实现计算与信息处理任务的交叉学科，与量子物理，计算机科学，信息学等学科有着十分紧密的联系。在最近二十年有着快速的发展。因数分解，无结构搜索等场景的基于量子计算机的量子算法展现出了远超越现有基于经典计算机的算法的表现，也使这一方向被寄予了超越现有计算能力的期望。

量子计算机的基本特点之一就是，它使用的信息单元不是比特，而是量子比特(Qubit)。量子比特可以是电子那样的粒子，也可以是其它的处于元激发的准粒子。对于电子而言，自旋向上代表1，向下代表0。自旋既向上又向下的量子态称为叠加态。处于叠加态中的少量粒子可以携带大量信息，仅仅100个粒子所处的叠加态，就可以表示从1到2¹⁰⁰个数字。量子计算机可以用激光脉冲打击粒子，或者采用诸如此类的方法来对量子比特进行操作。

目前硬件上的量子比特操控已经从9比特，10比特增加到50比特,72比特的规模，虽然还是原型测试，但是如何验证这样更大规模(超过50量子比特，层数在30层以上)的量子电路的输出是否符合预期是一个亟需解决的问题。

举例来说，量子电路无法模拟就意味着我们不知道是带噪声电路的实际输出与理想情况下无噪声的输出相差多远，从而无法有效判断电路的效能。

更具体的说，我们对于一个作用在N比特上的量子电路C，设定它的输入为|00…0>,我们需要知道输出C|00…0〉在|0>,|1〉计算基张成的任意给定量子比特串|i₁i₂…i_N>上的测量输出，也就是<i₁i₂…i_N|C|00…0>的值。

Google在2016年提出了量子霸权(Quantum Supremacy)的方案，就是找到某个特定的计算任务，使得它在现有的经典计算机上很难实现，而在现有的量子硬件水平上可以来完成这一计算任务，即一台量子机能比经典计算机更好地解决一个计算问题。他们提出的就是随机电路模拟的方案，更具体的就是给了一族在经典计算机上很难模拟的作用在二维网格状量子比特上的随机量子电路，试图在量子芯片上实现。最初他们估计的是7×7网格上的深度为40左右的电路就无法被有效模拟。随后一系列的工作把经典计算机可模拟边界推到了50量子比特。

但是对于更大规模的量子电路，目前尚未提出有效的解决方案。这里主要的难点在于当比特数达到50以后，其状态空间高达2⁵⁰维，需要16PB(1PB＝1024TB)的内存，即使是现有的超算比如神威太湖之光也无法有效存储。如果是存储部分状态信息，则因为电路计算中不断需要未被存储的那部分信息，因此需要大量的通信消耗。

发明内容

本发明实施例提供了一种分布式量子电路模拟方案，具体地，一种量子计算方法和设备，以至少解决由于对计算资源需求随着量子比特数增加以指数递增,从而造成的难以模拟中等规模量子电路的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种量子计算方法，包括：检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点，所述交线顶点为连接有至少两个两比特量子门的顶点；通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门。

可选地，检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点包括：通过遍历所述无向图中的顶点的方式，确定所述无向图中的所述交线顶点，其中，所述量子电路中的两比特量子门对应于所述无向图中的边，确定连接有两边的顶点为所述交线顶点。

可选地，通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门包括：通过树宽求解算法来确定所述无向图的张量收缩顺序，其中，所述张量收缩顺序用于描述拆除所述无向图中的顶点的顺序。

可选地，通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门包括：根据所述张量收缩顺序，采用贪心算法选择出待拆除的交线顶点。

可选地，根据所述张量收缩顺序，采用贪心算法选择出待拆除的交线顶点包括：根据所述张量收缩顺序，确定所述贪心算法的局部选择范围；在所述局部选择范围内，依据预定目标函数选择出待拆除的交线顶点，其中，所述预定目标函数用于评估:在将所述待拆除交线顶点拆除后，剩下的子任务的执行时间最短。

可选地，通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门包括：根据所述张量收缩顺序，采用动态规划算法选择出待拆除的交线顶点。

可选地，所述量子电路在费曼路径积分下取值相同的指标对应于所述无向图中的同一个顶点，所述量子电路在费曼路径积分下取值不同的指标对应于所述无向图中不同的顶点。

可选地，通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门包括：通过破坏费曼路径积分中所述交线顶点的指标的方式，拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门。

可选地，所述两比特量子门为两比特对角量子门。

可选地，所述量子电路的结构为具有空间点阵排列的格点结构。

可选地，所述格点结构包括：M*N的单量子比特矩阵的层级结构，其中，M，N为正整数。

根据本发明的另一方面，提供了一种量子计算设备，包括：量子电路，所述量子电路包括：量子门和量子寄存器，其中，所述量子门，用于对量子态操作；所述量子寄存器，用于存储进行量子计算的量子初态，以及进行量子计算过程中的过程量子态；其特征在于，所述量子计算设备还包括：量子电路拆分装置，其中，所述量子电路拆分装置，用于检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点，所述交线顶点为连接有至少两个两比特量子门的顶点；通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门。

在本发明实施例中，采用张量收缩的方式，通过拆分相邻两比特控制Z门，达到了有效将规模巨大的模拟任务拆分成大量低成本计算任务的目的，从而实现了有效模拟中等规模量子电路的技术效果，进而解决了由于计算资源需求随着量子比特数增加以指数递增而造成的难以模拟中等规模量子电路的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的量子计算方法的流程图；

图2是相关技术中的一个生成3比特GHZ态的量子电路图；

图3是相关技术中的一个作用在3量子比特上深度为5的量子电路图；

图4是相关技术中的图3所示量子电路所对应的无向图；

图5是相关技术中的单比特和双比特量子门的无向图；

图6是根据本发明实施例的针对图3中的量子电路在计算振幅<010|C|000>时对应的无向图；

图7是根据本发明实施例的在图6中拆除顶点后，一次拆除了两个CZ门，并且实质上将图3电路图中两个CZ门之间的T门也有效拆除的示意图；

图8是根据本发明实施例的量子计算过程中分解量子电路模拟任务的示意图；

图9是根据本发明实施例的量子计算设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

首先，在对本申请实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释：

无向图，边没有方向的图称为无向图，无向图中的边均是顶点的无序对，无向图采用顶点集和边集表示，其中，顶点集为该无向图所包括的所有的顶点，边集为该无向图所包括的所有的边。

实施例1

在本发明实施例中，提供了一种量子计算方法，图1是根据本发明实施例的量子计算方法的流程图，如图1所示，该流程包括：

步骤S102，检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点，该交线顶点为连接有至少两个两比特量子门的顶点；

对于一个量子电路，可以通过对应的无向图来刻画。在无向图中，连接两点的边对应于量子电路中的两比特量子门。如果两比特量子门相接，则通过在无向图上追溯该相接顶点的其它边可以找到其它两比特量子门。

步骤S104，通过拆除交线顶点，拆除至少两个两比特量子门。

在对无向图的顶点进行拆除时，可以有效地减少量子电路的时间复杂度与空间复杂度。在相关技术中，在对无向图的顶点进行拆除时，是随便拆除一个顶点，那么原来的振幅求解式子或者等价的图的计算可以拆成两项的和，因此，采用随便拆除的方式拆除一个顶点时，最多拆除一个两比特量子门(例如，CZ门)。而在本发明实施例中，可以通过拆除一个顶点，同时拆除两个两比特量子门，即两个CZ门。虽然这对于一次拆除来说，影响并没有很大，但是对于有着强大计算能力的大规模集群，在将原问题转化为一系列的子问题来求解的时候，比采用相关技术中随便拆除的方式更为有效得多。

举例来说，对于一个有着2^m个并行计算资源的集群来说，可以通过拆除m个CZ对相接的顶点来将原任务拆分成2^m个子任务，并将每一个子任务分配到每一个计算节点来处理。

事实上，对于大规模的量子电路，极有可能这么拆分下来的每一个子任务依旧对于计算节点来说过于困难。对这种情况，因此，可以考虑拆除更多的m+n个CZ对相接的顶点，原任务会被拆分成2^m+n个子任务,于是每一个计算节点会分配到2ⁿ个子任务。

在本发明实施例中的测试结果表明：如果按照上述所指出的，对连接有两个两比特量子门的交线顶点进行拆除的话，可以将量子电路拆分成2^m个子任务，每一个子任务大概可以比不加选择地直接拆分m个节点有更好的效率。例如，在8*8*40的时候拆12个点大概每一个子任务的时间与空间复杂度均只有直接拆12个点得到子任务的1/32。注意到12个点对应于4096个并行，对应于40台96核的集群，这是现有计算资源很容易满足的。集群规模越大，可以划分的子任务越多，本发明实施例所提供的量子计算方法就越有效。

为使得本发明实施例所采用的量子计算方法，相对于相关技术中的量子计算方法而言，减少量子电路的时间和空间复杂度的有效性更为明显，下面对本发明实施例所采用的量子计算方法所涉及的拆分原理进行说明。

量子电路是实现量子计算的一种便于描述与理解的基本模型。在量子电路模型中，一些量子寄存器上存储着初始的量子状态，在具体实现的过程中，通常会以全0作为制备的初始量子态。每一步计算都可以由对应量子门来实现。这些计算的组合则由作用在这些量子寄存器上的一系列量子门组成的量子电路来实现。图2是相关技术中的一个生成3比特GHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)态的量子电路图，如图2所示，不同直线代表着不同的量子寄存器，三个初始量子态都在|0>状态。每一步的计算通过一个个方块或者控制位黑点等表示的量子门来实现。

每一个量子比特可以用一个二维向量来表示，其中a,b满足|a|²+|b|²＝1。

在量子电路中，每一个量子门都是一个满足UU⁺＝I的矩阵U。比较常见的量子门列举如下:

单比特量子门有 等，双比特量子门有等。每一个单比特量子门的效果都是通过矩阵乘法将量子比特从状态变为另一个量子状态。双比特则是将两个量子比特变换状态。

对于每一个量子电路C，输出振幅可以用<x|C|00…0>来表示。每一个电路可以照电路门的操作时间来拆分成d层C＝C_d…C₂C₁,其中的C₁，C₂，…C_d分别是时刻1,2,…,d作用在这N量子比特上的酉矩阵。

因此，上面的输出振幅可以展开写成如下的形式

举例说明，图3是相关技术中的一个作用在3量子比特上深度为5的量子电路图，如图3所示，电路C＝C_d…C₂C₁，其中

因此，可以把上述的振幅展开式写做

这里的求和号是对所有的3比特(0,1)串i₁,i₂,i₃,i₄。因为T和CZ门都是对角矩阵，在求和的时候,仅当i₃和i₄是完全相同的01串时才非0， 仅当i₂和i₃是相同的01串时才非0，仅当i₁和i₂前两位字串完全相同时才非0，最后，与因为Hadamard门不是对角矩阵，所以不能更进一步来约束。综合来看，求和号里面的乘积项仅当i₂＝i₃＝i₄并且i₁和i₂前两位分别相等时才非0，所以在求和的时候，可以仅考虑这些满足条件的(i₁,i₂,i₃,i₄)。对于这个例子，原来需要遍历所有的4个三比特(0,1)串有2¹²种可能性，而现在加了约束只有2⁴种可能性。

更近一步的，在计算的过程中，可以把上述的这些满足条件的(i₀＝00…0,i₁,i₂,i₃,i₄,i₅＝x)用一个无向图G来表示。图4是相关技术中的图3所示量子电路所对应的无向图。

对于对角的单比特门，输入无论是|i>＝|0>还是|1>，输出一定还是某个c|i>的形式。类似的性质对于对角的双比特门，也一样成立。图5是相关技术中的单比特和双比特量子门的无向图。

这些i_k中的取值总是相同的那些比特可以用一个顶点来表示，所以在上面的例子中我们把i₁,i₂,i₃,i₄的第一个比特用同一个顶点表示，因为它们都相等；类似的，i₁,i₂,i₃,i₄的第二个比特也可以用同一个顶点来表示，i₂,i₃,i₄的第三个比特也可以用同一个顶点表示，而i₁的第三个比特则与他们不同，因此得用一个单独的顶点来表示。我们还需要表示输入的|0…0>与输出的|x>的那些顶点，因此，整个无向图可以用图4来表示。

因此在计算<x|C|00…0>的时候，可以把

求解的指标集合{i₁,i₂,…,i₄}对应于图4这样的无向图来理解。上述展开式有时候会不加区别地称为费曼路径积分展开。

在x＝010的时候,

对应的无向图如图6所示，图6是根据本发明实施例的针对图3中的量子电路在计算振幅<010|C|000>时对应的无向图。可以对图6做张量收缩的办法，基本想法就是每次消除一个顶点，不断地将一个复杂的图逐渐变成顶点数目越来越少的图。

在图6中，因为对应的顶点是两个CZ门对应的连线交点，所以如果以该顶点来出发做张量收缩，拆除该顶点可以使得同时拆开两个CZ。对于这两个三比特(0,1)串，将i₁＝abc,i＝abd代入的话，得到如下的式子

拆除对应于消除指标a。此处的指示a即是顶点对应的是费曼路径积分中的指标。

注意到＜0|CZ₁₃|0〉＝I₃和<1|CZ₁₃|1>＝Z₃，于是

此时可以注意到求和号内分别对应于

这两项也一样可以用无向图来表示，请参见图7，图7是根据本发明实施例的在图6中拆除顶点后，一次拆除了两个CZ门，并且实质上将图3电路图中两个CZ门之间的T门也有效拆除的示意图。

通过上述步骤，采用拆除连接有至少两个两比特量子门的交线顶点的方式，来对该至少两个两比特量子门的拆除，相对于相关技术中，采用随便拆除的方式拆除两比特量子门的方式来减少量子电路的时间和空间复杂度，有效地减少量子电路的时间和空间复杂度。

实施例2

以上用一个简单的例子来展示如何通过拆除量子电路对应的无向图中两个CZ门同时连接的顶点来有效将原电路模拟问题转化为两个规模略小的电路模拟问题。下面以一个中等规模的量子电路的实际操作为例进行说明。

图8是根据本发明实施例的量子计算过程中分解量子电路模拟任务的示意图，如图8所示，量子计算过程中分解量子电路模拟任务包括如下处理：

步骤1，确定进行量子电路模拟的量子电路；

步骤2，将上述量子电路转化为无向图；

步骤3，将无向图转化为进行拆分，拆成子图；

步骤4，对拆成的子图进行求值，如果求值成功，进入步骤5，否则进入步骤6；

步骤5，将值输出；

步骤6，将子图再次进行拆分。

在实际操作中，对于一个中规模的量子电路，首先转化为无向图。在转化为无向图后，无向图中包括有顶点和边，其中，无向图中的边对应于量子电路中的两比特量子门，量子电路在费曼路径积分下取值相同的指标对应于无向图中的同一个顶点，量子电路在费曼路径积分下取值不同的指标对应于无向图中不同的顶点。在该无向图中有一些顶点是连接着单比特门的，有一些顶点是连接着一个双比特门的，还有一些顶点是连接着两个双比特门的，再者还有一些顶点还可能是连接着多于两个的两比特门的。而在减少量子电路的时间复杂度和空间复杂度的过程中，对顶点进行拆除时，并非拆除所有的顶点均是对减少量子电路的时间复杂度和空间复杂度有效的。因此，在进行顶点拆除时，需要选择一些能够对减少量子电路的时间复杂度和空间复杂度有效的顶点进行拆除。

在本发明实施例中，对减少量子电路的时间复杂度和空间复杂度有效的顶点可以认为是连接有两个两比特门的顶点，在本发明实施例中如上称之为交线顶点，因此，在对量子电路中的顶点进行拆分时，需要先检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点。在检测交线顶点时可以采用多种方式，一种较为简单的方式为：通过遍历无向图中的顶点的方式，确定无向图中的交线顶点，其中，量子电路中的两比特量子门对应于无向图中的边，确定连接有两边的顶点为交线顶点。具体实施时，可以通过遍历所有的两比特门可以得到每一对两比特量子门作用的对应的两个顶点。只要检测到顶点重复即可确认有至少两个两比特量子门关联。

需要说明的是，上述所指的两比特量子门可以为两比特对角量子门。例如，两比特量子CZ门。

在对量子电路对应的无向图进行张量收缩时，由于采用顶点的不同拆除顺序进行拆除，对无向图进行张量收缩的效果是不一样的。因此，为取得较好或者是一定时间内较优的一个张量收缩效果，可以对该无向图，采用树宽求解算法(例如，Qu ickBB算法)等算法来求解树宽的方案来得到对于该无向图做收缩定时最优的收缩方案，采用该最优的张量收缩方案输出的是顶点的一个排序，这意味着照这个顺序不断地把该无向图中的顶点依次拆除，会得到在给定时间内最优的一个方案。

因此，在通过拆除交线顶点，拆除至少两个两比特量子门时，可以通过树宽求解算法来确定无向图的张量收缩顺序，其中，张量收缩顺序用于描述拆除无向图中的顶点的顺序。通过确定的张量收缩顺序来对无向图中的顶点进行拆除，使得减少量子电路的时间复杂度和空间复杂度的有效性大大提高。

在确定张量收缩顺序后，对交线顶点进行拆除时，由于拆除不同的交线顶点所达到的张量收缩效果也是不同的，即减少量子电路的时间复杂度和空间复杂度的有效性不同，因此，为了能够达到最大程度的张量收缩效果，并非对所有的交线顶点进行拆除，对一些张量收缩效果不好，或者拆除意义不大的交线顶点可以选择放弃拆除。因此，需要通过预定的方式来从无向图中的交线顶点中选择出一些适合拆除的交线节点，此处所指的适合拆除的交线节点即是指一些拆除后，张量收缩效果较好的交线节点。而选择出适合拆除的交线节点时，也可以采用多种方式，例如，通过拆除交线顶点，拆除至少两个两比特量子门可以包括：根据张量收缩顺序，采用采用预定算法(例如，贪心算法，动态规划算法)选择出待拆除的交线顶点。

其中，在采用贪心算法来选择拆除的交线顶点时，可以按照以下方式来实现：先根据张量收缩顺序，确定贪心算法的局部选择范围；之后，在局部选择范围内，依据预定目标函数选择出待拆除的交线顶点，其中，预定目标函数用于评估:在将待拆除交线顶点拆除后，剩下的子任务的执行时间最短。

由于贪心算法与动态规划算法存在不同，下面对两者分别进行简单介绍。

贪心算法(又称贪婪算法，Greedy algorithm)是指，在对问题求解时，总是做出在当前看来是最好的选择。也就是说，不从整体最优上加以考虑，它所做出的是在某种意义上的局部最优解。贪心算法不是对所有问题都能得到整体最优解，关键是贪心策略的选择，选择的贪心策略具备无后效性，即某个状态以前的过程不会影响以后的状态，只与当前状态有关。

贪婪算法是一种对某些求最优解问题的更简单、更迅速的设计技术。用贪婪法设计算法的特点是一步一步地进行，常以当前情况为基础根据某个优化测度作最优选择，而不考虑各种可能的整体情况，它省去了为找最优解要穷尽所有可能而必须耗费的大量时间，它采用自顶向下，以迭代的方法做出相继的贪心选择，每做一次贪心选择就将所求问题简化为一个规模更小的子问题，通过每一步贪心选择，可得到问题的一个最优解，虽然每一步上都要保证能获得局部最优解，但由此产生的全局解有时不一定是最优的，所以贪婪算法不要回溯。

通过采用贪心算法寻找到连接有至少两个两比特门的交线顶点，可以省去寻找最优解要穷尽所有可能而必须耗费的大量时间。

结合到选择出待拆除的交线顶点而言，在得到张量收缩顺序后，遍历所有对应于两个两比特相交的顶点，对于拆除每一个这样的顶点的选项，计算预计的执行时间。该执行时间照前述张量收缩顺序来定，比如说收缩第一个顶点后得到的张量维数，求其指数。在收缩第二个顶点后，加入其张量维数的指数，继续这个顺序，直到收缩完毕得到预估时间。通过贪心算法求得使得该预估时间最少的顶点。

动态规划算法则是通过拆分问题，定义问题状态和状态之间的关系，使得问题能够以递推(或者说分治)的方式去解决。

动态规划算法的基本思想与分治法类似，也是将待求解的问题分解为若干个子问题(阶段)，按顺序求解子阶段，前一子问题的解，为后一子问题的求解提供了有用的信息。在求解任一子问题时，列出各种可能的局部解，通过决策保留那些有可能达到最优的局部解，丢弃其他局部解。依次解决各子问题，最后一个子问题就是初始问题的解。

由于动态规划解决的问题多数有重叠子问题这个特点，为减少重复计算，对每一个子问题只解一次，将其不同阶段的不同状态保存在一个二维数组中。

在通过拆除交线顶点，拆除至少两个两比特量子门时，可以通过破坏费曼路径积分中交线顶点的指标的方式，拆除交线顶点，拆除至少两个两比特量子门。

量子电路对应于无向图，拆除门的时候其实是拆除两比特量子门相接的顶点。该顶点对应的是费曼路径积分中的一个指标。破坏该顶点，即可拆除其他涉及该指标的量子门。

需要说明的是，量子电路可以是任意规模的，例如，量子电路的结构可以为具有空间点阵排列的格点结构。格点结构包括：M*N的单量子比特矩阵的层级结构，其中，M，N为正整数。其中，M*N的网格结构也只是一种实施方式，并不是唯一的一种格点结构。虽然量子电路可以是任意规模，但是随着规模增大，有限算力下可以模拟的电路层数也会有约束。在本发明实施例中，由于对100个量子比特40层左右是可以有效模拟的，因此，比特数*层数在4000内，在10万并发下是比较有效的。

实施例3

图9是根据本发明实施例的量子计算设备的结构示意图，如图9所示，该量子计算设备90除包括：量子电路92，还包括：量子电路拆分装置94，该量子电路92包括：量子门和量子寄存器，其中，量子门，用于对量子态操作；量子寄存器，用于存储进行量子计算的量子初态，以及进行量子计算过程中的过程量子态；

该量子电路拆分装置94，连接至上述量子电路92，用于检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点，交线顶点为连接有至少两个两比特量子门的顶点；通过拆除交线顶点，拆除至少两个两比特量子门。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种量子计算方法，其特征在于，包括：

检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点，所述交线顶点为连接有至少两个两比特量子门的顶点；

通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点包括：

通过遍历所述无向图中的顶点的方式，确定所述无向图中的所述交线顶点，其中，所述量子电路中的两比特量子门对应于所述无向图中的边，确定连接有两边的顶点为所述交线顶点。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门包括：

通过树宽求解算法来确定所述无向图的张量收缩顺序，其中，所述张量收缩顺序用于描述拆除所述无向图中的顶点的顺序。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门包括：

根据所述张量收缩顺序，采用贪心算法选择出待拆除的交线顶点。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，根据所述张量收缩顺序，采用贪心算法选择出待拆除的交线顶点包括：

根据所述张量收缩顺序，确定所述贪心算法的局部选择范围；

在所述局部选择范围内，依据预定目标函数选择出待拆除的交线顶点，其中，所述预定目标函数用于评估:在将所述待拆除交线顶点拆除后，剩下的子任务的执行时间最短。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门包括：

根据所述张量收缩顺序，采用动态规划算法选择出待拆除的交线顶点。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述量子电路在费曼路径积分下取值相同的指标对应于所述无向图中的同一个顶点，所述量子电路在费曼路径积分下取值不同的指标对应于所述无向图中不同的顶点。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门包括：

通过破坏费曼路径积分中所述交线顶点的指标的方式，拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述两比特量子门为两比特对角量子门。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述量子电路的结构为具有空间点阵排列的格点结构。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述格点结构包括:M*N的单量子比特矩阵的层级结构，其中，M，N为正整数。

12.一种量子计算设备，包括：量子电路，所述量子电路包括：量子门和量子寄存器，其中，

所述量子门，用于对量子态操作；

所述量子寄存器，用于存储进行量子计算的量子初态，以及进行量子计算过程中的过程量子态；

其特征在于，所述量子计算设备还包括：量子电路拆分装置，其中，

所述量子电路拆分装置，用于检测与量子电路对应的无向图的顶点中的交线顶点，所述交线顶点为连接有至少两个两比特量子门的顶点；通过拆除所述交线顶点，拆除所述至少两个两比特量子门。