CN114912618A - 一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于量子计算领域，公开了一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作系统，方法包括：获取量子芯片当前拓扑结构；针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路；编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务。本申请整体大大提高了量子芯片的计算资源的利用率，提高量子计算任务被调度的效率，共同提高了量子计算的计算效率。

Description

一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作系统

技术领域

本申请属于量子计算领域，特别是一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作系统。

背景技术

量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机因其具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，例如，能将破解RSA密钥的时间从数百年加速到数小时，故成为一种正在研究中的关键技术。

目前的量子计算在进行任务调度的时候，只考虑量子计算任务的等待时间和完全可用的完整量子芯片，以先提交先运行的形式调度任务给不被占用的量子芯片，这种调度方式，大大浪费了量子芯片计算资源，影响计算效率。

发明内容

本申请的目的是提供一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作系统，以解决现有技术中的不足，它能够提高量子芯片计算资源的利用效率，提高计算效率。

本申请的一个方面提供了一种量子计算任务调度方法，所述方法包括：

获取量子芯片当前拓扑结构；

针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路；

编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；

根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；

根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，其中：所述优先级根据所述执行时间以及对应的量子计算任务的等待时间确定。

如上所述的量子计算任务调度方法，其中，优选的是，所述针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路，包括：

针对截止当前时刻接收的量子计算任务，根据所述量子计算任务的等待时间由短到长依次确定待分析量子计算任务；

针对确定的当前的待分析量子计算任务，获取对应所述量子线路包含的量子比特数量；

判断对应量子比特数量是否小于等于所述量子芯片当前拓扑结构中包含的量子比特数量；

若是，确定当前待分析量子计算任务对应的量子线路为一待处理量子线路。

如上所述的量子计算任务调度方法，其中，优选的是，所述编译所述量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路，包括：

建立所述量子线路包含的量子比特与量子芯片当前拓扑结构所包含的量子比特之间的量子比特映射关系；

基于所述量子比特映射关系对所述量子线路进行处理，以获得包含的每个量子逻辑门均可以直接在所述量子芯片上执行的可执行量子线路。

如上所述的量子计算任务调度方法，其中，优选的是，所述基于所述量子比特映射关系对所述量子线路进行处理，包括：

基于所述量子比特映射关系对所述量子线路中包含的两量子比特逻辑门和/或多量子比特逻辑门的分解处理。

如上所述的量子计算任务调度方法，其中，优选的是，所述基于所述量子比特映射关系对所述量子线路进行处理，包括：

对所述量子线路的优化处理。

如上所述的量子计算任务调度方法，其中，优选的是，所述根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间，包括：

根据所述量子计算的并行性对所述可执行量子线路的时序进行分层划分；

根据每层时序内的子量子线路包含的量子逻辑门类型确定该层时序所需要的任务执行时间；

根据所有层时序所需要的任务执行时间确定量子线路所需要的执行时间。

如上所述的量子计算任务调度方法，其中，优选的是，根据每层时序内的子量子线路包含的量子逻辑门类型确定该层时序所需要的任务执行时间，包括：

获取每种类型的量子逻辑门在量子芯片上运行所需要的第一时间；

确定每层中量子逻辑门对应的最长的第一时间作为该层时序所需要的任务执行时间。

如上所述的量子计算任务调度方法，其中，优选的是，所述优先级的计算公式如下：

所述各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，包括：

按照所述优先级由高到低确定待调度量子计算任务。

如上所述的量子计算任务调度方法，其中，优选的是，所述方法还包括：

获得所述可执行量子线路所需要的量子比特在所述量子芯片当前拓扑结构中包含的量子比特中的占比；

根据所述占比从低到高确定待调度量子计算任务。

如上所述的量子计算任务调度方法，其中，优选的是，所述方法还包括：

将确定的所述待调度量子计算任务发送给包含所述量子芯片的量子计算机硬件执行量子计算。

本申请的另一个方面提供了一种量子计算任务调度装置，所述装置包括：

量子比特管理服务模块，用于获取量子芯片当前拓扑结构；

量子计算任务调度管理服务模块，用于针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路；

编译优化服务模块，用于编译编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；

执行时间确定模块，用于根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；

量子计算任务调度管理服务模块，还用于根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，其中：所述优先级根据所述执行时间以及对应的量子计算任务的等待时间确定。

本申请的再一个方面提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项所述的方法。

本申请的再一个方面提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项所述的方法。

本申请的再一个方面提供了一种量子计算机操作系统，所述量子计算机操作系统根据上述任一项所述的量子计算任务调度方法实现所述量子计算任务的调度。

本申请的再一个方面提供了一种量子计算机，所述量子计算机包含上述的量子计算机操作系统。

与现有技术相比，本申请在量子计算任务的调度过程中，通过获取量子芯片当前拓扑结构获取量子芯片的动态资源，然后根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路实现待调度量子计算任务的初步匹配，并通过编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路把初步匹配量子计算任务任务与量子芯片动态资源精确匹配，最后根据优先级调度，优先级也考虑了量子计算任务的等待时间和执行时间，整体提高了量子芯片的计算资源的利用率，提高量子计算任务被调度的效率，共同提高了量子计算的计算效率。

附图说明

图1为本申请实施例提供的量子计算任务调度方法的计算机终端的硬件结构框图；

图2为本申请实施例提供的一种量子计算任务调度方法流程示意图；

图3.1为一个实施例所用的量子线路；

图3.2为一个实施例所用的量子芯片拓扑结构；

图3.3为一个实施例所用的量子芯片拓扑结构；

图4.1为一个实施例所用的量子线路；

图4.2为图4.1所示实施例量子线路时序划分结果；

图5为本申请的另一实施例提供的一种量子计算任务调度装置。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本发明实施例首先提供了一种量子计算任务调度方法，该方法可以应用于电子设备，如计算机终端，具体如普通电脑、量子计算机等。

下面以运行在计算机终端上为例对其进行详细说明。图1为本发明实施例提供的一种量子计算任务调度方法的计算机终端的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述计算机终端还可以包括用于通信功能的传输装置106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机终端的结构造成限定。例如，计算机终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的量子计算任务调度方法对应的程序指令/模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

需要说明的是，真正的量子计算机是混合结构的，它包含两大部分：一部分是经典计算机，负责执行经典计算与控制；另一部分是量子设备，负责运行量子程序进而实现量子计算。而量子程序是由量子语言如QRunes语言编写的一串能够在量子计算机上运行的指令序列，实现了对量子逻辑门操作的支持，并最终实现量子计算。具体的说，量子程序就是一系列按照一定时序操作量子逻辑门的指令序列。

量子线路作为量子程序的一种体现方式，也称量子逻辑电路，是最常用的通用量子计算模型，表示在抽象概念下对于量子比特进行操作的线路，其组成包括量子比特、线路(时间线)，以及各种量子逻辑门，最后常需要通过量子测量操作将结果读取出来。

不同于传统电路是用金属线所连接以传递电压信号或电流信号，在量子线路中，线路可看成是由时间所连接，亦即量子比特的状态随着时间自然演化，在这过程中按照哈密顿运算符的指示，一直到遇上逻辑门而被操作。

一个量子程序整体上对应有一条总的量子线路，本发明所述量子程序即指该条总的量子线路，其中，该总的量子线路中的量子比特总数与量子程序的量子比特总数相同。可以理解为：一个量子程序可以由量子线路、针对量子线路中量子比特的测量操作、保存测量结果的寄存器及控制流节点(跳转指令)组成，一条量子线路可以包含几十上百个甚至千上万个量子逻辑门操作。量子程序的执行过程，就是对所有的量子逻辑门按照一定时序执行的过程。需要说明的是，时序即单个量子逻辑门被执行的时间顺序。

需要说明的是，经典计算中，最基本的单元是比特，而最基本的控制模式是逻辑门，可以通过逻辑门的组合来达到控制电路的目的。类似地，处理量子比特的方式就是量子逻辑门。使用量子逻辑门，能够使量子态发生演化，量子逻辑门是构成量子线路的基础，量子逻辑门一般使用酉矩阵表示，而酉矩阵不仅是矩阵形式，也是一种操作和变换。量子逻辑门根据作用的量子比特数量定义。如作用在一个量子比特上的定义为单比特量子逻辑门，如常见的基础单量子比特逻辑门：Hadamard门(H门，阿达马门)、泡利-X门(X门)、泡利-Y门(Y门)、泡利-Z门(Z门)、RX门、RY门、RZ门等等；作用在两个量子比特上的定义为两比特量子逻辑门，如常见的基础两比特量子逻辑门，如CNOT门、CR门、CZ门、iSWAP门，基础两比特量子逻辑门对应的操作矩阵是4*4维的，同时操作矩阵内的元素数值确定，还有作用在两个量子比特上任意两量子比特逻辑门U，对应的操作矩阵是4*4维的，但是操作矩阵内的元素数值不确定，是程序人员按需设置的；多比特量子逻辑门如Toffoli门等等。

如图2所示为本申请的实施例提供的一种量子计算任务调度方法，所述方法包括：

S1，获取量子芯片当前拓扑结构；

具体的，量子芯片是量子计算机中执行量子计算的处理器，量子芯片包含的量子比特为处理器的处理单元。受制于量子芯片硬件制造技术的发展，量子芯片包含的量子比特数量的增加和利用是制约量子计算算力的因素之一，因此需要在量子计算任务调度中需要合理充分的调用量子芯片上的量子比特。

量子芯片的拓扑结构反映量子芯片上的量子比特的空间特点，此空间特点决定量子芯片作为计算资源的可被使用情况，量子比特的空间特点包括量子芯片包含的量子比特数量、位置、连接关系。

量子芯片当前拓扑结构反映量子芯片作为计算资源的当前可被使用情况，可以根据量子芯片上的量子比特可用情况确定。量子比特可用情况示例性的包括：量子比特的被占用情况、量子比特的保真度决定的是否可以使用的情况。

S2，针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路；

具体的，所述量子线路包含的量子比特数表示执行对应量子计算任务所需要的量子比特资源，可以根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路。

S3，编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；

具体的，可在所述量子芯片上执行一方面需要满足量子芯片当前计算资源，由量子芯片当前拓扑结构所包含的量子比特数量决定；另一方面，需要满足量子线路所包含的量子逻辑门在量子芯片上量子比特的可实施，如量子线路所包含的一两量子逻辑门对应两个特征比特，两特征比特映射到量子芯片时的两映射比特比特之间要有边的连接，则该两量子逻辑门才可以直接在该量子芯片上可实施。

故，为获得可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路需要对根据量子芯片当前拓扑结构对所述待处理量子线路进行编译处理，以把所述待处理量子线路包含的量子逻辑门处理为可以直接在量子芯片上直接执行的量子逻辑门，后者组成的量子线路为可执行量子线路。

S4，根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；

具体的，量子线路的时序代表量子线路包含的各量子逻辑门的执行顺序和时间，可根据时序获得反映执行量子线路所需要的时间。

S5，根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，其中：所述优先级根据所述执行时间以及对应的量子计算任务的等待时间确定。

通过步骤S1至S5描述的实施例提供的量子任务调度方法，根据量子芯片当前拓扑结构确定待处理量子计算任务对应的待处理量子线路，编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，其中：所述优先级根据所述执行时间以及对应的量子计算任务的等待时间确定，进而实现了以量子线路表示的量子计算任务的调度确定。

相比现有技术只考虑量子计算任务的等待时间，以先提交先运行以及不考虑量子芯片动态资源的调度方式，本申请在量子计算任务的调度过程中，通过获取量子芯片当前拓扑结构获取量子芯片的动态资源，然后根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路实现待调度量子计算任务的初步匹配，并通过编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路把初步匹配量子计算任务任务与量子芯片动态资源精确匹配，最后根据优先级调度，优先级也考虑了量子计算任务的等待时间和执行时间，整体提高了量子芯片的计算资源的利用率，提高量子计算任务被调度的效率，共同提高了量子计算的计算效率。

作为本实施例的一种实施方式，所述针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路，可以通过下列步骤实现：

针对截止当前时刻接收的量子计算任务，根据所述量子计算任务的等待时间由短到长依次确定待分析量子计算任务；针对确定的当前的待分析量子计算任务，获取对应所述量子线路包含对应的量子比特数量；判断对应量子比特数量是否小于等于所述量子芯片当前拓扑结构中包含的量子比特数量；若是，确定当前待分析量子计算任务为一待处理量子计算任务。

需要说明的是，上述过程是循环迭代实现的，具体的，先根据所述量子计算任务的等待时间由短到长每次确定一个待分析量子计算任务，针对确定的当前的待分析量子计算任务，开始一次循环操作，即获取对应所述量子线路包含对应的量子比特数量；判断对应量子比特数量是否小于等于所述量子芯片当前拓扑结构中包含的量子比特数量；若是，则确定当前待分析量子计算任务为一待处理量子计算任务，并编译所述待处理量子线路(即待处理量子计算任务)以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间。

若否，则通过增加等待时间确定下一个待分析量子计算任务。然后针对确定的待分析量子计算任务，开始下一个循环内的操作。

作为本实施例的一种实施方式，所述编译所述量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路，包括：

建立所述量子线路包含的量子比特与量子芯片当前拓扑结构所包含的量子比特之间的量子比特映射关系；基于所述量子比特映射关系对所述量子线路进行处理，以获得包含的每个量子逻辑门均可以直接在所述量子芯片上执行的可执行量子线路。

具体的，建立所述量子线路包含的量子比特与量子芯片当前拓扑结构所包含的量子比特之间的量子比特映射关系需要考虑量子比特数量之间的映射关系、及量子比特之间连接关系的映射关系，量子比特之间的连接关系在量子线路中通过量子逻辑门确定；量子比特之间的连接关系在量子芯片当前拓扑结构中根据前述的量子芯片上的量子比特的空间特点决定。

示例性的，提供一种量子比特数量和量子比特连接关系均满足的映射实例，如图3.1所示的量子线路H1、U(1，2)、CNOT(2，3)、CNOT(2，4)分别表示H门作用在q1，U门同时作用在q1和q2上，CNOT门同时作用在q2和q3上，CNOT门同时作用在q2和q4上。此量子线路包含四个量子比特，且需要q1和q2之间有连接关系、q2和q3之间有连接关系、及q2和q4之间有连接关系。

如图3.2所示的量子芯片拓扑结构，包含Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6共6个量子比特，故图3.2所示的量子芯片拓扑结构与图3.1所示的量子线路满足基本的量子比特数量映射条件；考虑到如图3.1所示的量子线路中的量子比特之间的连接关系以及图3.2所示的量子芯片拓扑结构中的量子比特之间的连接关系，确定映射结果为q2映射到Q3或Q4上，然后按需确定q1、q3和q4对应的映射比特，示例性的，分别为Q1、Q4和Q5。

此时进入基于所述量子比特映射关系对所述量子线路进行处理，以获得包含的每个量子逻辑门均可以直接在所述量子芯片上执行的可执行量子线路的过程，该过程对所述量子线路进行处理，示例性的，如量子线路的优化；量子线路的优化操作，示例性的可以为对两个相邻的且共同操作结果为单位矩阵量子逻辑门进行删除实现的量子线路简化优化，也可以是对量子线路进行的其它优化操作，并不做具体限制。

再示例性的，提供一种量子比特数量满足但量子比特连接关系不满足的映射实例，如图3.1所示的量子线路H1、U(1，2)、CNOT(2，3)、CNOT(2，4)分别表示H门作用在q1，CNOT门第一次同时作用在q1和q2上，CNOT门同时作用在q2和q3上，CNOT门同时作用在q2和q4上。此量子线路包含四个量子比特，且需要q1和q2之间有连接关系、q2和q3之间有连接关系、及q2和q4之间有连接关系。

如图3.3所示Q3不能使用时的量子芯片拓扑结构，包含Q1、Q2、Q4、Q5和Q6共5个量子比特，故图3.3所示的量子芯片拓扑结构与图3.1所示的量子线路满足基本的量子比特映射条件；考虑到如图3.1所示的量子线路中的量子比特之间的连接关系以及图3.3所示的量子芯片拓扑结构中的量子比特之间的连接关系，确定映射结果为q2映射到Q4上，然后按需确定q1、q3和q4对应的映射比特，示例性的，分别为Q1、Q2和Q6。

此时，如图3.1所示量子线路中的U(1，2)门并不可以直接实现，此时进入基于所述量子比特映射关系对所述量子线路进行处理，以获得包含的每个量子逻辑门均可以直接在所述量子芯片上执行的可执行量子线路的过程，该过程对所述量子线路进行处理，示例性的，包括任意两量子比特逻辑门的分解、多量子比特逻辑门的分解之一或者其组合。

作为本实施例的一种实施方式，所述根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间，包括：

根据所述量子计算的并行性对所述可执行量子线路的时序进行分层划分；根据每层时序内的子量子线路包含的量子逻辑门类型确定该层时序所需要的任务执行时间；根据所有层时序所需要的任务执行时间确定量子线路所需要的执行时间。

根据所述量子计算的并行性对所述可执行量子线路的时序进行分层划分将示例性的说明如下。

如图4.1所示的量子线路,对每个量子比特而言，各自执行的第一个(第一位)量子逻辑门分别为H、H、RY、CNOT、H。其中，由于量子计算的并行性，单量子比特逻辑门操作H(q[0])、H(q[1])、RY(q[2])、H(q[4])互不影响，可以划分进同一个时序，作为第一个时序内同时执行的量子逻辑门；但，对于q[3]执行的两量子逻辑门CNOT，该CNOT门同时操作的量子比特还有q[4]，而相对于q[4]，该CNOT门属于其第二位执行的量子逻辑门，q[4]需要在执行H门完成后才能执行，若将该CNOT门划分入第一个时序，则q[4]会同时执行H门和CNOT门，产生冲突，因此，可以将该CNOT门顺延放入下一个时序内执行。时序分层划分结果如图4.2所示。

根据每层时序内的子量子线路包含的量子逻辑门类型确定该层时序所需要的任务执行时间，包括：获取每种类型的量子逻辑门在量子芯片上运行所需要的第一时间；确定每层中量子逻辑门对应的最长的第一时间作为该层时序所需要的任务执行时间。

将结合图4.2所示的第2时序说明根据每层时序内的子量子线路包含的量子逻辑门类型确定该层时序所需要的任务执行时间的实现过程；图4.2所示的第2时序包含单量子比特逻辑门RX(q[0])、X(q[1])和两量子逻辑门CNOT(q[4],q[3])，量子芯片执行单量子比特逻辑门t1，执行两量子逻辑门为t2；t1和t2的具体数值和搭建的包含量子芯片的量子计算相关硬件的性能有关，但经验性的，t2的具体数值大于t1的具体数值，所以确定t2为第2时序所需要的任务执行时间。

然后，把如图4.2所示的第1时序至第6时序分别所需要的任务执行时间累加获得量子线路所需要的执行时间。

通过以上过程确定的量子线路所需要的执行时间，考虑了量子线路的时序特点，也即考虑了基于量子线路的量子计算任务内含的并行性特点，可用提高任务被调度效率。

作为本实施例的一种实施方式，所述优先级的计算公式如下：

所述各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，包括：按照所述优先级由高到低确定待调度量子计算任务。

通过以上描述确定的优先级来由高到低确定待调度量子计算任务，充分考虑了量子计算的并行性，也通过任务时长和等待时间引入优先级，使得等待时间长执行时间短的量子计算任务可以被优先调度执行，提高了任务调度效率。

作为本实施例的一种实施方式，所述方法还包括：

获得所述可执行量子线路所需要的量子比特在所述量子芯片当前拓扑结构中包含的量子比特中的占比；根据所述占比从低到高确定待调度量子计算任务。

作为本实施例的一种实施方式，所述方法还包括：根据优先级由低到高和所述占比由低到高确定待调度量子计算任务。提高了任务调度效率，也提高了量子芯片上的量子比特的利用率。

作为本实施例的一种实施方式，所述方法还包括调度的执行过程，即：

将确定的所述待调度量子计算任务发送给包含所述量子芯片的量子计算机硬件执行量子计算。

可见，本实施例在量子计算任务的调度过程中，通过获取量子芯片当前拓扑结构获取量子芯片的动态资源，然后根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路实现待调度量子计算任务的初步匹配，并通过编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路把初步匹配量子计算任务任务与量子芯片动态资源精确匹配，最后根据优先级调度，优先级也考虑了量子计算任务的等待时间和执行时间，整体大大提高了量子芯片的计算资源的利用率，提高量子计算任务被调度的效率，共同提高了量子计算的计算效率。

如图5所示，本申请的另一实施例提供了一种量子计算任务调度装置，所述装置包括：

量子比特管理服务模块501，用于获取量子芯片当前拓扑结构；

量子计算任务调度管理服务模块502，用于针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路；

编译优化服务模块503，用于编译所述待处理量子计算任务以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；

执行时间确定模块504，用于根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；

量子计算任务调度管理服务模块502，还用于根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，其中：所述优先级根据所述执行时间以及对应的量子计算任务的等待时间确定。

本申请的另一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述上述任一项方法实施例中的步骤。

具体的，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：

S1，获取量子芯片当前拓扑结构；

S2，针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路；

S3，编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；

S4，根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；

S5，根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，其中：所述优先级根据所述执行时间以及对应的量子计算任务的等待时间确定。

具体的，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本申请的另一实施例提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

具体的，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。

具体的，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

S1，获取量子芯片当前拓扑结构；

S2，针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路；

S3，编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；

S4，根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；

S5，根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，其中：所述优先级根据所述执行时间以及对应的量子计算任务的等待时间确定。

本申请的另一实施例提供了一种量子计算机操作系统，所述量子计算机操纵系根据上述任一项方法实施例中所述的量子计算任务调度方法实现所述量子计算任务的调度。

本申请的另一实施例提供了一种量子计算机，所述量子计算机包含上述实施例所述的量子计算机操作系统。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本申请的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本申请的较佳实施例，但本申请不以图面所示限定实施范围，凡是依照本申请的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本申请的保护范围内。

Claims (15)

1.一种量子计算任务调度方法，其特征在于，所述方法包括：

获取量子芯片当前拓扑结构；

针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路；

编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；

根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；

根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，其中：所述优先级根据所述执行时间以及对应的量子计算任务的等待时间确定。

2.根据权利要求1所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路，包括：

针对截止当前时刻接收的量子计算任务，根据所述量子计算任务的等待时间由短到长依次确定待分析量子计算任务；

针对确定的当前的待分析量子计算任务，获取对应所述量子线路包含的量子比特数量；

判断对应量子比特数量是否小于等于所述量子芯片当前拓扑结构中包含的量子比特数量；

若是，确定当前待分析量子计算任务对应的量子线路为一待处理量子线路。

3.根据权利要求1所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述编译所述量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路，包括：

建立所述量子线路包含的量子比特与量子芯片当前拓扑结构所包含的量子比特之间的量子比特映射关系；

基于所述量子比特映射关系对所述量子线路进行处理，以获得包含的每个量子逻辑门均可以直接在所述量子芯片上执行的可执行量子线路。

4.根据权利要求3所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述基于所述量子比特映射关系对所述量子线路进行处理，包括：

基于所述量子比特映射关系对所述量子线路中包含的两量子比特逻辑门和/或多量子比特逻辑门的分解处理。

5.根据权利要求3所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述基于所述量子比特映射关系对所述量子线路进行处理，包括：

对所述量子线路的优化处理。

6.根据权利要求1所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间，包括：

根据所述量子计算的并行性对所述可执行量子线路的时序进行分层划分；

根据每层时序内的子量子线路包含的量子逻辑门类型确定该层时序所需要的任务执行时间；

根据所有层时序所需要的任务执行时间确定量子线路所需要的执行时间。

7.根据权利要求6所述量子计算任务调度方法，其特征在于，根据每层时序内的子量子线路包含的量子逻辑门类型确定该层时序所需要的任务执行时间，包括：

获取每种类型的量子逻辑门在量子芯片上运行所需要的第一时间；

确定每层中量子逻辑门对应的最长的第一时间作为该层时序所需要的任务执行时间。

8.根据权利要求1所述量子计算任务调度方法，其特征在于，

所述优先级的计算公式如下：

所述各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，包括：

按照所述优先级由高到低确定待调度量子计算任务。

9.根据权利要求1所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述方法还包括：

获得所述可执行量子线路所需要的量子比特在所述量子芯片当前拓扑结构中包含的量子比特中的占比；

根据所述占比从低到高确定待调度量子计算任务。

10.根据权利要求1至9任一项所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述方法还包括：

将确定的所述待调度量子计算任务发送给包含所述量子芯片的量子计算机硬件执行量子计算。

11.一种量子计算任务调度装置，其特征在于，所述装置包括：

量子比特管理服务模块，用于获取量子芯片当前拓扑结构；

量子计算任务调度管理服务模块，用于针对截止当前时刻接收的以量子线路表示的量子计算任务，根据所述量子线路包含的量子比特数获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子线路作为待处理量子线路；

编译优化服务模块，用于编译编译各所述待处理量子线路以得到可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；

执行时间确定模块，用于根据所述可执行量子线路的时序确定所述可执行量子线路的执行时间；

量子计算任务调度管理服务模块，还用于根据各所述可执行量子线路的优先级确定待调度量子计算任务，其中：所述优先级根据所述执行时间以及对应的量子计算任务的等待时间确定。

12.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至10任一项所述的方法。

13.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至10任一项所述的方法。

14.一种量子计算机操作系统，其特征在于，所述量子计算机操作系统根据权利要求1至10任一项所述的量子计算任务调度方法实现所述量子计算任务的调度。

15.一种量子计算机，其特征在于，所述量子计算机包含权利要求14所述的量子计算机操作系统。

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