CN108921296B - 一种量子比特的虚拟映射方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种量子比特的虚拟映射方法及系统，包括：步骤1：选取量子芯片；步骤2：通过量子芯片中量子比特总数定义一个虚拟量子比特空间，虚拟量子比特空间量子比特总数与量子芯片量子比特总数相等；步骤3：在量子软件中定义量子比特变量时，首先查询虚拟量子比特空间是否还有空闲量子比特；步骤4：当有空闲量子比特，则把空闲量子比特的地址赋值给量子比特变量；步骤5：量子软件构建完毕后，通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，选取最优的方案，将虚拟量子比特空间中的量子比特一一映射到量子芯片量子比特单元，完成量子比特的定义。本发明提供了量子比特变量的定义方式，避免了量子比特的复制操作。
Description
技术领域
本发明涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种量子比特的虚拟映射方法及系统。
背景技术
量子计算机发展迅速，当其包含的量子比特数目大于50时，计算能力将超过所有经典计算机。然而，量子计算机在底层硬件架构和工作方式上都与经典计算机有本质的不同，所以经典计算机的程序语言不适用于量子计算机，量子计算机需要专用的量子软件语言。目前阶段，量子计算机在软件层面的研究还处于起步阶段，量子软件语言的结构还没有统一的标准，量子计算机的一些属性和操作还没有在量子软件中体现出来。研究人员通过对量子计算机的结构进行深入分析，来构建一套与量子计算机吻合的量子软件架构。
目前阶段，量子软件与量子计算机之间还存在分歧。量子软件定义的量子计算机的属性与操作指令还无法与量子计算机有效结合，其中很显著一处是量子计算机的基本单元——量子比特在量子软件中的定义。由于量子不可克隆定理，量子比特是不可以复制的，所以量子软件中量子比特变量不允许复制操作，当前提出的量子软件程序语言中定义的量子比特变量属性中没有内含不允许复制的性质，用户在编写量子软件时需要自己注意量子比特变量不可复制的性质，这会使量子软件存在一种无法用计算机检验的错误，妨碍了量子软件及量子计算机的发展。另外一方面，量子芯片包含的量子比特的性质是不一样的，量子软件中定义的量子比特变量与量子芯片中量子比特单元的对应方式需要合适选取，比如，一个与多个别的量子比特变量纠缠的量子比特变量需要对应量子芯片中能与多个量子比特耦合的量子比特单元，当前的量子软件中并没有提到量子比特变量与量子比特硬件单元对应方式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有量子软件中没有量子比特变量与量子比特硬件单元对应方式的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种量子比特的虚拟映射方法，该方法包括：
步骤1：选取量子芯片；
步骤2：通过量子芯片中量子比特总数定义一个虚拟量子比特空间，虚拟量子比特空间量子比特总数与量子芯片量子比特总数相等；
步骤3：在量子软件中定义量子比特变量时，首先查询虚拟量子比特空间是否还有空闲量子比特；
步骤4：当有空闲量子比特，则把空闲量子比特的地址赋值给量子比特变量；
步骤5：量子软件构建完毕后，通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，选取最优的方案，将虚拟量子比特空间中的量子比特一一映射到量子芯片量子比特单元，完成量子比特的定义。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤4中的量子比特变量中保存的为虚拟量子比特空间量子比特的地址，虚拟量子空间的量子比特在步骤5映射到量子芯片的量子比特单元。
作为本发明的优选方式之一，所述步骤5中的虚拟量子比特空间的量子比特和量子芯片量子比特之间的映射关系还可以调整，具体方法是通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特拓扑结构，选取最优映射方案，用于大幅度优化量子软件的具体运行。
本发明还公开了一种量子比特的虚拟映射系统，包括选取模块、定义模块、查询模块、赋值模块、映射模块；
选取模块：用于选取量子芯片；
定义模块：通过量子芯片中量子比特总数定义一个虚拟量子比特空间，虚拟量子比特空间量子比特总数与量子芯片量子比特总数相等；
查询模块：用于在量子软件中定义量子比特变量时，查询虚拟量子比特空间是否还有空闲量子比特；
赋值模块：当有空闲量子比特，用于把空闲量子比特的地址赋值给量子比特变量；
映射模块：当量子软件构建完毕后，用于分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，选取最优的方案，将虚拟量子比特空间中的量子比特一一映射到量子芯片量子比特单元。
作为本发明的优选方式之一，所述赋值模块中的量子比特变量中保存的为虚拟量子比特空间量子比特的地址，虚拟量子比特空间中的量子比特通过映射模块映射到量子芯片的量子比特单元。
作为本发明的优选方式之一，映射模块中的虚拟量子比特空间的量子比特和量子芯片量子比特之间的映射关系还可以调整，通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，选取最优映射方案，用于大幅度优化量子软件的具体运行。
本发明相比现有技术的优点在于：(1)本发明提供了一种新的量子比特变量的定义方式，避免了量子比特的复制操作；(2)本发明提出的量子比特的虚拟映射技术构造了虚拟量子比特空间，通过这个虚拟量子比特空间量子软件可以更方便地与量子比特硬件单元对接；(3)本发明在量子比特变量与量子芯片量子比特单元之间加了一个虚拟量子比特空间，使量子软件中的量子比特变量与量子芯片量子比特单元之间的对应关系可以灵活调整，合适地选取这种对应方式可以避免量子软件程序中一些不必要的操作；比如，如果很多个双量子逻辑门作用在特定两个量子比特变量，可以将这两个量子比特变量对应到量子芯片中邻近的量子比特单元，这样就可以直接执行双量子逻辑门，而不需要花费代价通过一连串量子交换门将这两个量子比特变量对应的量子比特硬件单元移到邻近位置，执行完双量子逻辑门后，再用一连串量子交换门将它们移回原位；(4)本发明提出的量子比特虚拟映射技术具有通用性，不受限于某一个量子芯片的架构，任意的量子芯片都可以在软件层面使用本发明提出的技术来优化量子比特变量的定义。
附图说明
图1是本发明实施例一种量子比特的虚拟映射方法的流程图；
图2是本发明实施例一种量子比特的虚拟映射系统的结构框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一：
参见图1-图2：一种量子比特的虚拟映射方法，该方法包括：
步骤1：选取量子芯片；
步骤2：通过量子芯片中量子比特总数定义一个虚拟量子比特空间，虚拟量子比特空间量子比特总数与量子芯片量子比特总数相等；
步骤3：在量子软件中定义量子比特变量时，首先查询虚拟量子比特空间是否还有空闲量子比特；
步骤4：当有空闲量子比特，则把空闲量子比特的地址赋值给量子比特变量；
步骤5：量子软件构建完毕后，通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，选取最优的方案，将虚拟量子比特空间中的量子比特一一映射到量子芯片量子比特单元，完成量子比特的定义。
为了防止对真实量子比特的复制操作，作为本发明的优选方式之一，所述步骤4中的量子比特变量中保存的为虚拟量子比特空间量子比特的地址，虚拟量子比特空间的量子比特在步骤5映射到量子芯片的量子比特单元，通过这种方法定义的量子比特变量的复制操作只是对量子比特的一种引用，从而这种量子比特变量的操作中不包含对真实量子比特的复制操作。
为了更方便地与量子比特硬件单元对接，作为本发明的优选方式之一，所述步骤5中的虚拟量子比特空间的量子比特和量子芯片量子比特之间的映射关系可以调整，具体方法是通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特拓扑结构，选取最优映射方案，用于大幅度优化量子软件的具体运行。例如，如果很多个双量子逻辑门作用在特定两个量子比特变量，可以将这两个量子比特变量映射到量子芯片两个相邻的量子比特单元，这样就可以直接执行双量子逻辑门，而不需要花费代价通过一连串量子交换门将这两个量子比特变量对应的量子比特硬件单元移到邻近位置，执行完双量子逻辑门后，再用一连串量子交换门将它们移回原位。
本发明还公开了一种量子比特的虚拟映射系统，包括选取模块、定义模块、查询模块、赋值模块、映射模块；
选取模块：用于选取量子芯片；
定义模块：通过量子芯片中量子比特总数定义一个虚拟量子比特空间，虚拟量子比特空间量子比特总数与量子芯片量子比特总数相等；
查询模块：用于在量子软件中定义量子比特变量时，查询虚拟量子比特空间是否还有空闲量子比特；
赋值模块：当有空闲量子比特，用于把空闲量子比特的地址赋值给量子比特变量；
映射模块：当量子软件构建完毕后，用于分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，选取最优的方案，将虚拟量子比特空间中的量子比特一一映射到量子芯片量子比特单元。
为了防止对真实量子比特的复制操作，作为本发明的优选方式之一，所述赋值模块中的量子比特变量中保存的为虚拟量子比特空间量子比特的地址，虚拟量子比特空间中的量子比特通过映射模块映射到量子芯片的量子比特单元。
为了更方便地与量子比特硬件单元对接，作为本发明的优选方式之一，所述映射模块中的虚拟量子比特空间的量子比特和量子芯片量子比特之间的映射关系还可以调整，通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，选取最优映射方案，用于大幅度优化量子软件的具体运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种量子比特的虚拟映射方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：选取量子芯片；
步骤2：通过量子芯片中量子比特总数定义一个虚拟量子比特空间，虚拟量子比特空间量子比特总数与量子芯片量子比特总数相等；
步骤3：在量子软件中定义量子比特变量时，首先查询虚拟量子比特空间是否还有空闲量子比特；
步骤4：当有空闲量子比特，则把空闲量子比特的地址赋值给量子比特变量；
步骤5：量子软件构建完毕后，通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，将虚拟量子比特空间中的量子比特一一映射到量子芯片量子比特单元。
2.根据权利要求1所述的量子比特的虚拟映射方法，其特征在于，所述步骤4中的量子比特变量中保存的为虚拟量子比特空间量子比特的地址，虚拟量子比特空间中的量子比特在步骤5映射到量子芯片的量子比特单元。
3.根据权利要求1所述的量子比特的虚拟映射方法，其特征在于，所述步骤5中的虚拟量子比特空间的量子比特和量子芯片量子比特之间的映射关系调整的方法为：通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特拓扑结构，选取映射方案，用于优化量子软件的具体运行。
4.一种根据权利要求1-3任一所述的量子比特的虚拟映射系统，其特征在于，包括选取模块、定义模块、查询模块、赋值模块、映射模块；
选取模块：用于选取量子芯片；
定义模块：通过量子芯片中量子比特总数定义一个虚拟量子比特空间，虚拟量子比特空间量子比特总数与量子芯片量子比特总数相等；
查询模块：用于在量子软件中定义量子比特变量时，查询虚拟量子比特空间是否还有空闲量子比特；
赋值模块：当有空闲量子比特，用于把空闲量子比特的地址赋值给量子比特变量；
映射模块：当量子软件构建完毕后，用于分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，将虚拟量子比特空间中的量子比特一一映射到量子芯片量子比特单元。
5.根据权利要求4所述的量子比特的虚拟映射系统，其特征在于，所述赋值模块中的量子比特变量中保存的为虚拟量子比特空间量子比特的地址，虚拟量子比特空间中的量子比特通过映射模块映射到量子芯片的量子比特单元。
6.根据权利要求4所述的量子比特的虚拟映射系统，其特征在于，所述映射模块中的虚拟量子比特空间的量子比特和量子芯片量子比特之间的映射关系调整的方法为：通过分析量子软件中量子比特之间的关系和量子芯片量子比特的拓扑结构，选取映射方案，用于优化量子软件的具体运行。
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