CN115730670A - 模式文件的生成方法、装置、介质及电子装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模式文件的生成方法、装置、介质及电子装置，本发明通过获取模式线路的第一量子逻辑门参数以及模式线路对应的替换线路的第二量子逻辑门参数；基于第一量子逻辑门参数确定模式线路所使用的第一量子比特的个数；将第一量子比特的个数写入预设模式描述格式文件中的qubits模块，将第一量子逻辑门参数写入预设模式描述文件中的src模块，以及第二量子逻辑门参数写入预设模式描述文件中的dst模块，生成模式文件。本发明的目的旨在生成一种机器可读的模式文件，使得可以通过该模式文件重写量子程序，得到可以在量子计算机上运行的量子程序。

Description

模式文件的生成方法、装置、介质及电子装置

技术领域

本发明属于量子计算技术领域，特别是模式文件的生成方法、装置、介质及电子装置。

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。

在实际应用过程中，受限于同一物理体系的量子计算机的软件层和物理层支持的量子逻辑门的不同、不同物理体系的量子计算机物理层支持的量子逻辑门的不同、以及退相干时间较短和量子比特规模较小等因素，量子程序需要进行重写，以使得其能够在量子计算机上被运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种模式文件的生成方法、装置、介质及电子装置，旨在生成一种机器可读的模式文件，使得可以通过该模式文件重写量子程序，得到可以在量子计算机上运行的量子程序。

本申请的一个实施例提供了一种模式文件的生成方法，所述方法包括：

获取模式线路的第一量子逻辑门参数以及所述模式线路对应的替换线路的第二量子逻辑门参数，所述模式线路为预先给定的需要匹配的量子线路，所述替换线路为与所述模式线路的功能等价且允许用于替换的量子线路；

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路所使用的第一量子比特的个数；

将所述第一量子比特的个数写入预设模式描述格式文件中的qubits模块，将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块，生成模式文件。

可选的，所述src模块包括第一cost子模块和第一circuit子模块，所述第一cost子模块用于说明运行所述模式线路产生的第一开销，所述第一circuit子模块用于说明所述第一量子逻辑门参数；所述dst模块包括第二cost子模块和第二circuit子模块，所述第二cost子模块用于说明运行所述替换线路产生的第二开销，所述第二circuit子模块用于说明所述第二量子逻辑门参数。

可选的，在所述将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及将所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块方面，包括：

将所述第一量子逻辑门参数按照第一量子逻辑门的执行顺序写入所述第一circuit子模块，以及将所述第二量子逻辑门参数按照第二量子逻辑门的执行顺序写入所述第二circuit子模块。

可选的，所述第一量子逻辑门参数包括所述第一量子逻辑门的操作类型参数和所述第一量子逻辑门的量子比特参数；所述第二量子逻辑门参数包括所述第二量子逻辑门的操作类型参数和所述第二量子逻辑门的量子比特参数。

可选的，所述第一量子逻辑门参数还包括所述第一量子逻辑门的旋转角度参数；所述第二量子逻辑门参数还包括所述第二量子逻辑门的旋转角度参数。

可选的，所述方法还包括：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述第一开销和基于所述第二量子逻辑门参数确定所述第二开销；

将所述第一开销写入所述第一cost子模块，以及将所述第二开销写入所述第二cost子模块。

可选的，单量子逻辑门的单位开销为第一数值，两量子逻辑门的单位开销为第二数值；所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销，包括：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路中单量子逻辑门的第一数量和两量子逻辑门的第二数量；

确定所述第一数值与所述第一数量的第一乘积，以及确定所述第二数值与所述第二数量的第二乘积；

将所述第一乘积与所述第二乘积之和确定为所述第一开销。

可选的，在所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销方面，包括：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路的第一线路深度和第一线路宽度，线路深度用于表示量子线路的层数，每一层量子线路中的每个量子比特至多仅被一个量子逻辑门作用；线路宽度用于表示量子线路中量子逻辑门的数量；

基于所述第一线路深度和所述第一线路宽度确定所述第一开销。

本申请的又一实施例提供了一种模式文件的生成装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取模式线路的第一量子逻辑门参数以及所述模式线路对应的替换线路的第二量子逻辑门参数，所述模式线路为预先给定的需要匹配的量子线路，所述替换线路为与所述模式线路的功能等价且允许用于替换的量子线路；

确定单元，用于基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路所使用的第一量子比特的个数；

生成单元，用于将所述第一量子比特的个数写入预设模式描述格式文件中的qubits模块，将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块，生成模式文件。

可选的，所述src模块包括第一cost子模块和第一circuit子模块，所述第一cost子模块用于说明运行所述模式线路产生的第一开销，所述第一circuit子模块用于说明所述第一量子逻辑门参数；所述dst模块包括第二cost子模块和第二circuit子模块，所述第二cost子模块用于说明运行所述替换线路产生的第二开销，所述第二circuit子模块用于说明所述第二量子逻辑门参数。

可选的，在所述将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及将所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块方面，所述生成单元具体用于：

将所述第一量子逻辑门参数按照第一量子逻辑门的执行顺序写入所述第一circuit子模块，以及将所述第二量子逻辑门参数按照第二量子逻辑门的执行顺序写入所述第二circuit子模块。

可选的，所述第一量子逻辑门参数包括所述第一量子逻辑门的操作类型参数和所述第一量子逻辑门的量子比特参数；所述第二量子逻辑门参数包括所述第二量子逻辑门的操作类型参数和所述第二量子逻辑门的量子比特参数。

可选的，所述第一量子逻辑门参数还包括所述第一量子逻辑门的旋转角度参数；所述第二量子逻辑门参数还包括所述第二量子逻辑门的旋转角度参数。

可选的，所述生成单元还用于：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述第一开销和基于所述第二量子逻辑门参数确定所述第二开销；

将所述第一开销写入所述第一cost子模块，以及将所述第二开销写入所述第二cost子模块。

可选的，单量子逻辑门的单位开销为第一数值，两量子逻辑门的单位开销为第二数值；在所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销方面，所述生成单元具体用于：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路中单量子逻辑门的第一数量和两量子逻辑门的第二数量；

确定所述第一数值与所述第一数量的第一乘积，以及确定所述第二数值与所述第二数量的第二乘积；

将所述第一乘积与所述第二乘积之和确定为所述第一开销。

可选的，在所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销方面，所述生成单元具体用于：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路的第一线路深度和第一线路宽度，线路深度用于表示量子线路的层数，每一层量子线路中的每个量子比特至多仅被一个量子逻辑门作用；线路宽度用于表示量子线路中量子逻辑门的数量；

基于所述第一线路深度和所述第一线路宽度确定所述第一开销。

本申请的又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任一项中所述的方法。

本申请的又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中所述的方法。

与现有技术相比，本发明提供的一种模式文件的生成方法，通过模式线路的第一量子逻辑门参数，以及模式线路对应的替换线路量子逻辑门参数生成包括qubits模块、src模块和dst模块的模式文件，文件中包含模式线路和替换线路的线路参数信息，可以用于后续机器读取，进而使得可以通过该模式文件重写量子程序，得到可以在量子计算机上运行的量子程序。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种模式文件的生成方法的计算机终端的硬件结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种模式文件的生成方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种模式文件的生成装置的结构示意图。

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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明实施例首先提供了一种模式文件的生成方法，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模式文件的生成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)和用于存储基于量子线路的模式文件的生成方法的存储器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，如本发明实施例中的分子的参数配置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。

在实际应用中，因受限于量子设备硬件的发展，通常需要进行量子计算模拟以验证量子算法、量子应用等等。量子计算模拟即借助普通计算机的资源搭建的虚拟架构(即量子虚拟机)实现特定问题对应的量子程序的模拟运行的过程。通常，需要构建特定问题对应的量子程序。本发明实施例所指量子程序，即是经典语言编写的表征量子比特及其演化的程序，其中与量子计算相关的量子比特、量子逻辑门等等均有相应的经典代码表示。

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成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，量子逻辑门包括单比特量子逻辑门，如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；多比特量子逻辑门，如CNOT门、CR门、iSWAP门、Toffoli门等等。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。一般量子逻辑门在量子态上的作用是通过酉矩阵左乘以量子态右矢对应的矩阵进行计算。

与经典计算机具有一套固定的指令集(ISA)类似，量子计算机也有一部分能够在物理层面直接实现的基本量子门，但是大多数量子程序使用的是一套更加高级且丰富的操作以增强表达性和可读性，两者之间的差异给物理执行量子程序带来了困难。其次，不同物理系统上实现的量子计算机支持不同的基本的量子门。例如超导体系中通常使用的双量子比特门是CNOT门，而在离子阱体系中是XX门。对于以上两点，量子程序必须在执行前完成重写，即量子程序中使用的基础门必须被替换成特定物理设备支持的量子门。最后，由于退相干时间和量子比特的规模的限制，量子线路的深度d和宽度w同样受限。基于上述背景，需要对量子程序进行重写。而目前重写量子程序的算法还没有统一的包含模式线路的模式文件作为其输入，使得每次运行重写量子程序的算法时，都需要重新定义相应的模式线路，然后再去运行重写量子程序的算法，导致量子程序的重写效率大大降低。

基于上述技术问题，本申请提供了一种模式文件的生成方法。参见图2，图2为本发明实施例提供的一种模式文件的生成方法的流程示意图。所述方法包括：

步骤201：获取模式线路的第一量子逻辑门参数以及所述模式线路对应的替换线路的第二量子逻辑门参数，所述模式线路为预先给定的需要匹配的量子线路，所述替换线路为与所述模式线路的功能等价且允许用于替换的量子线路；

其中，量子逻辑门参数包括以下至少一种：量子逻辑门的操作类型参数、量子比特参数、旋转角度参数。

举例说明，例如H[q[0]]，则其操作类型参数为H，量子比特参数为q[0]；RX[q[1]，45°]，则其操作类型参数为RX，量子比特参数为q[1]，旋转角度参数为45°；RY[q[2]，α]，则其操作类型参数为RY，量子比特参数为q[2]，旋转角度参数为α。可以看出，量子逻辑门参数至少包括量子逻辑门的操作类型参数和量子比特参数，可以包括旋转角度参数，也可以不包括旋转角度参数，基于量子逻辑门的操作类型参数决定。旋转角度参数可以为常数，也可以为变量。

其中，所述第一量子逻辑门参数包括所述第一量子逻辑门的操作类型参数和所述第一量子逻辑门的量子比特参数；所述第二量子逻辑门参数包括所述第二量子逻辑门的操作类型参数和所述第二量子逻辑门的量子比特参数。

其中，所述第一量子逻辑门参数还包括所述第一量子逻辑门的旋转角度参数；所述第二量子逻辑门参数还包括所述第二量子逻辑门的旋转角度参数。

步骤202：基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路所使用的第一量子比特的个数；

具体地，基于第一量子逻辑门的量子比特参数确定所述模式线路所使用的第一量子比特的个数。一般来说，如果第一量子逻辑门的量子比特参数中的量子比特的序号是连续的，则可以根据最大序号和最小序号确定第一量子比特的个数。第一量子比特的个数等于最大序号减去最小序号加1。

步骤203：将所述第一量子比特的个数写入预设模式描述格式文件中的qubits模块，将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块，生成模式文件。

其中，所述src模块包括第一cost子模块和第一circuit子模块，所述第一cost子模块用于说明运行所述模式线路产生的第一开销，所述第一circuit子模块用于说明所述第一量子逻辑门参数；所述dst模块包括第二cost子模块和第二circuit子模块，所述第二cost子模块用于说明运行所述替换线路产生的第二开销，所述第二circuit子模块用于说明所述第二量子逻辑门参数。

具体的，在所述将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及将所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块方面，包括：将所述第一量子逻辑门参数按照第一量子逻辑门的执行顺序写入所述第一circuit子模块，以及将所述第二量子逻辑门参数按照第二量子逻辑门的执行顺序写入所述第二circuit子模块。

如下所示，是本实施例提供的一种Bridge门的模式描述格式文件：

从上述表示可以看出，Bridge门的模式线路包括2个量子比特，这两个量子比特可以根据量子逻辑门的量子比特参数中的量子比特的最大序号(1)和最小序号(0)确定。模式线路的第一开销为6，第一量子逻辑门参数依次为“H”：[0],“H”：[1],“CNOT”：[0,1],“H”：[0],“H”：[1]。替换线路的第二开销为2，第二量子逻辑门参数为“CNOT”：[1,0]。

进一步的，所述方法还包括：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述第一开销和基于所述第二量子逻辑门参数确定所述第二开销；

将所述第一开销写入所述第一cost子模块，以及将所述第二开销写入所述第二cost子模块。

在本发明的一具体实施例中，单量子逻辑门的单位开销为第一数值，两量子逻辑门的单位开销为第二数值；所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销，包括：基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路中单量子逻辑门的第一数量和两量子逻辑门的第二数量；确定所述第一数值与所述第一数量的第一乘积，以及确定所述第二数值与所述第二数量的第二乘积；将所述第一乘积与所述第二乘积之和确定为所述第一开销。

举例说明，如上述的Bridge门的模式描述格式文件。单量子逻辑门的单位开销为1，两量子逻辑门的单位开销为2，Bridge门的模式线路包括四个单量子逻辑门(H门)和一个两量子逻辑门(CNOT门)，故模式线路的总开销为6；Bridge门的替换线路包括一个CNOT门，故替换线路的总开销为2。

在本发明的另一具体实施例中，所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销，包括：基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路的第一线路深度和第一线路宽度，线路深度用于表示量子线路的层数，每一层量子线路中的每个量子比特至多仅被一个量子逻辑门作用；线路宽度用于表示量子线路中量子逻辑门的数量；基于所述第一线路深度和所述第一线路宽度确定所述第一开销。

举例说明，如上述的Bridge门的模式描述格式文件。Bridge门的模式线路包括五个量子逻辑门，所以模式线路的第一线路宽度为5。根据前两个量子逻辑门的逻辑门参数(“H”：[0]、“H”：[1])可知，这两个量子逻辑门作用不同的两个量子比特，因此，这两个量子逻辑门为模式线路的第一层；根据第三个量子逻辑门参数(“CNOT”：[0,1])可知，其作用的两个量子逻辑门与前两个量子逻辑门相同，因此只能在前两个量子逻辑门的后面执行，该量子逻辑门为模式线路的第二层；同样，由最后两个量子逻辑门的逻辑门参数(“H”：[0]、“H”：[1])可知，这两个量子逻辑门作用不同的两个量子比特，同时其作用的两个不同量子比特与上一个量子逻辑门相同，只能在上一个量子逻辑门的后面执行，因此，这两个量子逻辑门为模式线路的第三层；假定线路宽度和线路深度的单位开销均为1，则模式线路的总开销为8。同理替换线路的总开销为2。

需要说明的是，第一开销和第二开销的确定方式可以相同，也可以不同；除了上述公开的两种开销确定方式，还可以结合这两种开销方式去确定第一开销和第二开销，在此不做限定。

与现有技术相比，本发明提供的一种模式文件的生成方法，通过模式线路的第一量子逻辑门参数，以及模式线路对应的替换线路量子逻辑门参数生成包括qubits模块、src模块和dst模块的模式文件，文件中包含模式线路和替换线路的线路参数信息，可以用于后续机器读取，进而使得可以通过该模式文件重写量子程序，得到可以在量子计算机上运行的量子程序。

参见图3，图3为本发明实施例提供的一种模式文件的生成装置的结构示意图，与图2所述的流程相对应，所述装置包括：

获取单元301，用于获取模式线路的第一量子逻辑门参数以及所述模式线路对应的替换线路的第二量子逻辑门参数，所述模式线路为预先给定的需要匹配的量子线路，所述替换线路为与所述模式线路的功能等价且允许用于替换的量子线路；

确定单元302，用于基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路所使用的第一量子比特的个数；

生成单元303，用于将所述第一量子比特的个数写入预设模式描述格式文件中的qubits模块，将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块，生成模式文件。

可选的，所述src模块包括第一cost子模块和第一circuit子模块，所述第一cost子模块用于说明运行所述模式线路产生的第一开销，所述第一circuit子模块用于说明所述第一量子逻辑门参数；所述dst模块包括第二cost子模块和第二circuit子模块，所述第二cost子模块用于说明运行所述替换线路产生的第二开销，所述第二circuit子模块用于说明所述第二量子逻辑门参数。

可选的，在所述将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及将所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块方面，所述生成单元303具体用于：

将所述第一量子逻辑门参数按照第一量子逻辑门的执行顺序写入所述第一circuit子模块，以及将所述第二量子逻辑门参数按照第二量子逻辑门的执行顺序写入所述第二circuit子模块。

可选的，所述第一量子逻辑门参数包括所述第一量子逻辑门的操作类型参数和所述第一量子逻辑门的量子比特参数；所述第二量子逻辑门参数包括所述第二量子逻辑门的操作类型参数和所述第二量子逻辑门的量子比特参数。

可选的，所述第一量子逻辑门参数还包括所述第一量子逻辑门的旋转角度参数；所述第二量子逻辑门参数还包括所述第二量子逻辑门的旋转角度参数。

可选的，所述生成单元303还用于：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述第一开销和基于所述第二量子逻辑门参数确定所述第二开销；

将所述第一开销写入所述第一cost子模块，以及将所述第二开销写入所述第二cost子模块。

可选的，单量子逻辑门的单位开销为第一数值，两量子逻辑门的单位开销为第二数值；在所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销方面，所述生成单元303具体用于：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路中单量子逻辑门的第一数量和两量子逻辑门的第二数量；

确定所述第一数值与所述第一数量的第一乘积，以及确定所述第二数值与所述第二数量的第二乘积；

将所述第一乘积与所述第二乘积之和确定为所述第一开销。

可选的，在所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销方面，所述生成单元303具体用于：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路的第一线路深度和第一线路宽度，线路深度用于表示量子线路的层数，每一层量子线路中的每个量子比特至多仅被一个量子逻辑门作用；线路宽度用于表示量子线路中量子逻辑门的数量；

基于所述第一线路深度和所述第一线路宽度确定所述第一开销。

与现有技术相比，本发明提供的一种模式文件的生成装置，通过模式线路的第一量子逻辑门参数，以及模式线路对应的替换线路量子逻辑门参数生成包括qub i ts模块、src模块和dst模块的模式文件，文件中包含模式线路和替换线路的线路参数信息，可以用于后续机器读取，进而使得可以通过该模式文件重写量子程序，得到可以在量子计算机上运行的量子程序。

本发明的再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任一项中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：

获取模式线路的第一量子逻辑门参数以及所述模式线路对应的替换线路的第二量子逻辑门参数，所述模式线路为预先给定的需要匹配的量子线路，所述替换线路为与所述模式线路的功能等价且允许用于替换的量子线路；

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路所使用的第一量子比特的个数；

将所述第一量子比特的个数写入预设模式描述格式文件中的qub its模块，将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块，生成模式文件。

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。

本发明的再一实施例还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中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：

获取模式线路的第一量子逻辑门参数以及所述模式线路对应的替换线路的第二量子逻辑门参数，所述模式线路为预先给定的需要匹配的量子线路，所述替换线路为与所述模式线路的功能等价且允许用于替换的量子线路；

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路所使用的第一量子比特的个数；

将所述第一量子比特的个数写入预设模式描述格式文件中的qub its模块，将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块，生成模式文件。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，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，均应在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种模式文件的生成方法，其特征在于，所述方法包括：

获取模式线路的第一量子逻辑门参数以及所述模式线路对应的替换线路的第二量子逻辑门参数，所述模式线路为预先给定的需要匹配的量子线路，所述替换线路为与所述模式线路的功能等价且允许用于替换的量子线路；

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路所使用的第一量子比特的个数；

将所述第一量子比特的个数写入预设模式描述格式文件中的qubits模块，将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块，生成模式文件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述src模块包括第一cost子模块和第一circuit子模块，所述第一cost子模块用于说明运行所述模式线路产生的第一开销，所述第一circuit子模块用于说明所述第一量子逻辑门参数；所述dst模块包括第二cost子模块和第二circuit子模块，所述第二cost子模块用于说明运行所述替换线路产生的第二开销，所述第二circuit子模块用于说明所述第二量子逻辑门参数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及将所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块，包括：

将所述第一量子逻辑门参数按照第一量子逻辑门的执行顺序写入所述第一circuit子模块，以及将所述第二量子逻辑门参数按照第二量子逻辑门的执行顺序写入所述第二circuit子模块。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一量子逻辑门参数包括所述第一量子逻辑门的操作类型参数和所述第一量子逻辑门的量子比特参数；所述第二量子逻辑门参数包括所述第二量子逻辑门的操作类型参数和所述第二量子逻辑门的量子比特参数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一量子逻辑门参数还包括所述第一量子逻辑门的旋转角度参数；所述第二量子逻辑门参数还包括所述第二量子逻辑门的旋转角度参数。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述第一开销和基于所述第二量子逻辑门参数确定所述第二开销；

将所述第一开销写入所述第一cost子模块，以及将所述第二开销写入所述第二cost子模块。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，单量子逻辑门的单位开销为第一数值，两量子逻辑门的单位开销为第二数值；所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销，包括：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路中单量子逻辑门的第一数量和两量子逻辑门的第二数量；

确定所述第一数值与所述第一数量的第一乘积，以及确定所述第二数值与所述第二数量的第二乘积；

将所述第一乘积与所述第二乘积之和确定为所述第一开销。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一量子逻辑门确定所述第一开销，包括：

基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路的第一线路深度和第一线路宽度，线路深度用于表示量子线路的层数，每一层量子线路中的每个量子比特至多仅被一个量子逻辑门作用；线路宽度用于表示量子线路中量子逻辑门的数量；

基于所述第一线路深度和所述第一线路宽度确定所述第一开销。

9.一种模式文件的生成装置，其特征在于，所述装置包括：

获取单元，用于获取模式线路的第一量子逻辑门参数以及所述模式线路对应的替换线路的第二量子逻辑门参数，所述模式线路为预先给定的需要匹配的量子线路，所述替换线路为与所述模式线路的功能等价且允许用于替换的量子线路；

确定单元，用于基于所述第一量子逻辑门参数确定所述模式线路所使用的第一量子比特的个数；

生成单元，用于将所述第一量子比特的个数写入预设模式描述格式文件中的qubits模块，将所述第一量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的src模块，以及所述第二量子逻辑门参数写入所述预设模式描述文件中的dst模块，生成模式文件。

10.一种存储介质，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8任一项中所述的方法。

11.一种电子装置，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8任一项中所述的方法。

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