CN117234524A - 量子云计算的编译方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种量子云计算的编译方法和装置，该方法包括：读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；根据量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；接收用户发送的逻辑量子线路；在所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。根据本申请的方案，保证实时掌握量子芯片的动态噪声，将逻辑量子线路编译到保真度较高的物理量子比特，提高编译后可执行物理量子线路的保真度。

Description

量子云计算的编译方法和装置

技术领域

本申请涉及量子计算和量子编译领域，尤其涉及一种量子云计算的编译方法和装置。

背景技术

目前，量子计算机是稀缺资源，为了使更多人能够使用量子计算机，通常需要将量子计算机接入到经典通信网络，建立量子计算云平台。量子编译是将任意逻辑量子线路转换为可在特定量子计算机上执行的物理量子线路的技术。可以说，量子编译是连接量子程序与量子计算机硬件的桥梁。

在量子计算机方面，2019年Google发布54量子比特超导量子计算机“悬铃木”；2020年中国科学技术大学实现76个光子的量子计算原型机“九章”，之后2021年又实现了62超导量子比特的量子计算机“祖冲之”；2022年IBM发布433比特超导量子计算机。量子计算机正处于快速发展阶段，量子比特数目逐步增多。然而，量子计算机仍然是稀缺资源，量子云计算通过以互联网云计算的形式将量子计算机接入到经典通信网络，使得更多人可以访问并使用量子计算资源。

提供量子云计算服务的代表有IBM量子计算云平台、亚马逊Braket平台等。为了使得用户提交的量子线路能够在量子计算机上执行，通常需要量子编译技术，这也是近年研究热点。2019年，Nishio用线路错误率模拟保真度，实现了将任意量子线路转变为符合IBMQX 20量子比特计算机拓扑结构的量子线路；2021年Costin Iancu等人提出了一种大规模量子线路编译器-QGo；2023年，Ji Liu等人提出了一种排列感知的量子线路合成算法。

2019年Gushu Li等人提出了一种Sabre算法，用来完成量子比特映射和路由。2019年，Fred Chong等人提出了一种适用于NISQ量子计算机的噪声感知的量子编译技术。这些编译技术都集成在了IBM提供的qiskit量子编程软件包里，作为其量子编译器的一部分。通过qiskit，用户可以将任意的量子线路编译成IBM云平台后端量子芯片可执行的物理量子线路。此外还有一些其他的量子编译器，如：tket，ProjectQ，Quil 等。

发明内容

发明人发现，虽然近些年发展了很多量子计算云平台，但是目前的量子编译技术并不完全适用于量子云计算，主要存在以下问题：

问题一：目前量子计算处于NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum，含噪声中等规模量子）时代，量子芯片含有噪声，并且量子比特保真度不均匀，如何将逻辑量子线路编译到保真度较高的物理量子比特是一个重要问题。已有的量子编译器过于理想化，很少考虑量子芯片的噪声信息，尤其是量子芯片的动态噪声。

问题二：已有的量子编译技术编译效率低，例如，要把10比特量子线路编译到具有50比特的量子芯片上，需要在50个比特中找到能够最优化执行该线路的10个比特，这种方式通常编译时间较长，这便增加了用户使用量子计算云平台的等待时间。

为了解决上述问题，根据本申请的第一个方面，提供一种量子云计算的编译方法，其特征在于，包括：

读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；

根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，所述量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；

接收用户发送的逻辑量子线路；

在所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。

根据本申请的第二个方面，提供一种量子云计算的编译装置，其特征在于，包括：

读取模块，用于读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；

建立模块，用于根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，所述量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；

接收模块，用于接收用户发送的逻辑量子线路；

确定模块，用于在所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

编译模块，用于将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。

根据本申请的第三个方面，提供一种电子设备，包括：

处理器；以及

存储器，存储有计算机指令，当所述计算机指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行第一个方面所述的方法。

根据本申请的第四个方面，提供一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述处理器执行第一个方面所述的方法。

根据本申请提供的量子云计算的编译方法和装置，能够实时获取量子计算机中的量子芯片信息，基于实时获取的量子芯片信息形成量子比特耦合子结构库，从量子比特耦合子结构库中确定于逻辑量子线路编译的比特耦合子结构，将逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。这样，由于考虑量子芯片的动态噪声对量子芯片信息的影响，根据量子芯片校准数据自动化建立更新量子芯片的比特耦合子结构数据，从而保证实时掌握量子芯片的动态噪声，将逻辑量子线路编译到保真度较高的物理量子比特，提高编译后可执行物理量子线路的保真度。同时，由于基于实时获取的量子芯片信息形成量子比特耦合子结构库，无需再从实验端获取量子芯片信息，使得编译时可以快速读取量子芯片信息；由于预先按照保真度大小建立了量子比特耦合子结构库，因此在编译时只需考虑所需比特数目的比特耦合子结构即可，而无需考虑整个量子芯片，从而提高编译效率；进一步地，将比特耦合子结构按照保真度大小排序，可以保证将逻辑量子线路编译到最优的量子芯片区域。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。

图1是根据本申请实施例的量子云计算的编译系统架构的示意图。

图2展示了一种5比特量子芯片对应的所有比特耦合子结构。

图3是根据本申请实施例的建立量子比特耦合子结构库的流程图。

图4是根据本申请实施例的确定用于逻辑量子线路编译的比特耦合子结构的流程图。

图5展示了将逻辑量子线路转换为对应的权重图的示意图。

图6是根据本申请一个实施例的量子云计算的编译方法的流程图。

图7是根据本申请另一个实施例的量子云计算的编译方法的流程图。

图8是根据本申请一个实施例的量子云计算的编译装置的示意图。

图9是根据本申请另一个实施例的量子云计算的编译装置的示意图。

图10是本申请提供的一种电子设备的结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

图1是根据本申请实施例的量子云计算的编译系统架构的示意图。如图1所示，该编译系统架构包括量子计算机、用户端以及量子比特耦合子结构数据库，可以称为量子比特耦合子结构库。其中，量子计算机可以包括一个或多个芯片，如图1所示，量子计算机包括量子芯片A、量子芯片B和量子芯片C，本申请对量子芯片的数量不作限制。对应地，在量子比特耦合子结构库中存在分别与量子芯片A、量子芯片B和量子芯片C对应的量子比特耦合子结构库，这些量子比特耦合子结构库包含不同比特数目的比特耦合子结构，例如1比特耦合子结构、2比特耦合子结构、3比特耦合子结构，等等。

根据图1所示的量子云计算的编译系统架构，编译的过程可以大致分为两个部分，第一个部分如图1的右侧所示，根据量子芯片信息建立和更新量子芯片的量子比特耦合子结构库，第二个部分如图1的左侧所示，将用户发送的逻辑量子线路编译到量子芯片的最优物理量子线路进行计算。

量子比特是量子计算的基本单元，类似于经典计算中的比特。然而，由于量子比特是量子力学中的量子态，受到各种噪声和干扰的影响，因此需要进行校准来优化其性能和稳定性。在量子比特校准过程中，通过使用特定的控制操作和测量技术，对量子比特的操作参数进行调整，以达到预期的效果。现有技术中存在有较为完善的校准策略，这里不再赘述。本申请的主要目的之一是根据量子比特校准数据建立量子芯片的量子比特耦合子结构库。

根据一个实施例，可以实时判断量子计算机中量子芯片是否进行了校准。这可通过多种方式得知，例如，当实验端进行了校准时发信号告知，或者每隔一段时间自动检查量子芯片信息是否发生变化等。对于具体用什么方式来判断量子芯片是否进行了校准，本申请不作限制。在量子芯片重新进行了校准的情况下，读取校准后的量子芯片的量子芯片信息。在图1所示的实施例中，量子芯片A、量子芯片B和量子芯片C分别有对应的量子芯片信息。

根据一个实施例，量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度。其中，量子比特耦合结构是量子芯片对应的量子比特耦合结构，例如，对于N比特的量子芯片，量子比特耦合结构为N比特量子比特耦合结构。如图2的左侧所示，对于5比特的量子芯片，量子比特耦合结构为5比特量子比特耦合结构。

根据一个实施例，基础量子比特门保真度包括单比特门保真度和两比特门保真度，其中，保真度可以体现为数值，例如，体现为百分比的形式。

在确定量子芯片信息包括的量子比特耦合结构后，可以根据量子比特耦合结构建立量子比特耦合子结构库。根据一个实施例，对于N比特的量子芯片，根据量子比特耦合结构，找到比特数量不超过N的比特耦合子结构，包括1比特耦合子结构、2比特耦合子结构，等等。如图2所示，对于5比特的量子芯片的5比特量子比特耦合结构，建立对应的所有比特耦合子结构。可以通过多种方式根据量子比特耦合结构建立量子比特耦合子结构库。

图3是根据本申请实施例的建立量子比特耦合子结构库的流程图。这一过程可以通过比特耦合子结构库创建模块来执行。如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤1，输入量子芯片信息，包括量子比特耦合结构和量子比特门保真度；

步骤2，寻找所有1比特耦合子结构，并根据单比特门保真度的大小，对1比特耦合子结构从大到小进行排序；

步骤3，寻找所有2比特耦合子结构，并根据两比特门保真度大小，对2比特耦合子结构从大到小进行排序；

步骤4，获取量子芯片的总量子比特数目N，初始化比特耦合子结构的比特数k=3；

步骤5，寻找k比特耦合子结构；根据一个实施例，对于总量子比特数目少的芯片，可以枚举所有耦合子结构，对于量子比特数目多的芯片，可以采用启发式算法寻找部分子结构，例如可以从两比特门保真度较高的一些量子比特出发，每次加入保真度高的耦合比特，直到达到量子比特数k。

需要说明的是，上述步骤只是本发明的具体实施方式，本发明并不限制寻找k比特耦合子结构的方法。根据一个实施例，可以任意确定寻找比特耦合子结构的顺序，例如，可以先找比特数为N的比特耦合子结构。也就是说，只要最终能够找到各个比特数目的比特耦合子结构，至于寻找的顺序和方式，本申请不作任何限制。

步骤6，计算每个比特耦合子结构的整体保真度大小，即每个比特耦合子结构的量子比特保真度，按照从大到小顺序对k比特耦合子结构进行排序；根据一个实施例，这里整体保真度为所有两比特门保真度的乘积，其他描述整体保真度的量，例如平均基础两比特门保真度也属于本申请覆盖的范围。

步骤7，判断k是否小于N，若k小于N，则耦合子结构比特数k增加1，返回到步骤5；否则结束循环，建立该量子芯片的比特耦合子结构库。

在获得量子芯片的比特耦合子结构库后，将该结构库写入数据库，更新相关数据。

如图1所示的编译系统架构中，将用户发送的逻辑量子线路编译到量子芯片的最优物理量子线路进行计算。如图1的左侧所示，该过程包括如下步骤。

步骤1，用户发送逻辑量子线路任务到量子计算机，例如通过经典通信网络，将逻辑量子线路发送到量子计算机。

步骤2，可以通过逻辑量子线路与比特耦合子结构库匹配模块，为逻辑量子线路选择最优的比特耦合子结构。根据一个实施例，步骤2可以包括以下子步骤（参见图4）：

子步骤21，用户是否指定量子芯片，若指定则访问该量子芯片的量子比特耦合子结构库，若没有指定量子芯片，则访问量子计算机中所有量子芯片的量子比特耦合子结构库。

子步骤22，确定逻辑量子线路所需比特数目，读取相应比特数目的比特耦合子结构库，例如，对于3比特逻辑量子线路，读取3比特数目的比特耦合子结构库。

子步骤23，将相应比特数目的比特耦合子结构库中的比特耦合子结构一一转化为对应的权重图。权重图的顶点为物理量子比特，边代表量子比特间的耦合，边的权重为两比特门保真度。进入子步骤25。

子步骤24，将逻辑量子线路转化为权重图。权重图的顶点为逻辑比特，边为两比特量子门，边的权重为相应的两比特量子门的数目。对于比特数大于2的多比特量子门，其是所有相关比特的全连接，如图5所示。进入子步骤25。

子步骤25，计算逻辑量子线路权重图和比特耦合子结构权重图之间的相似度，并选择相似度最大的比特耦合子结构。图相似度度量的方法有很多，例如图编辑距离，图核等方法，这里所提方法只是示例说明,本申请不做任何限制。

子步骤26，判断最大的相似度是否大于预设值，若大于则选择该比特耦合子结构，否则选择整体保真度最高的比特耦合子结构。结束步骤2，输出所选择的比特耦合子结构。

步骤3，量子线路编译器模块，用于将逻辑量子线路编译成所选量子芯片的比特耦合子结构可执行的物理量子线路。根据一个实施例，该模块可以执行以下子步骤：

子步骤31，量子门分解，将线路中的逻辑量子门分解成所选量子芯片支持的基础量子门。

子步骤32，量子比特映射，将逻辑量子比特映射到所选比特耦合子结构的物理量子比特。

子步骤33，量子比特路由，例如，通过添加SWAP量子门来连接原本不相邻的物理比特，从而执行原本无法执行的两比特门。最终得到量子芯片可执行的完整量子门序列，即物理量子线路。

子步骤34，物理量子线路优化，通过量子门之间的局部等价变换或对易关系，来进一步优化物理量子线路，以减少量子门个数和线路深度。

需要说明子步骤31至子步骤34给出的是通用的量子线路编译过程，针对不同量子比特系统会有差别，此外这些子步骤可能会交叉进行。这里给出的只是一个示例，本申请对此不作任何限制。

步骤4，将物理量子线路发送到所选量子计算机的量子芯片上进行计算。

步骤5，将量子计算机计算结果返回给用户端，例如，通过经典通信网络返回给用户端。

需要说明的是，子步骤23可以在建立量子芯片的量子比特耦合子结构库后至子步骤S25之前的任何时间来执行，例如，在建立量子芯片的量子比特耦合子结构库后，就对量子比特耦合子结构库中的比特耦合子结构分别转化形成对应的权重图。这样，在需要计算逻辑量子线路权重图和比特耦合子结构权重图之间的相似度时，就可以将比特耦合子结构权重图直接拿来计算，而不用临时生成，从而进一步提高编译效率。

在上述量子云计算的编译系统的基础上，根据本申请的一个方面，提供一种量子云计算的编译方法，如图6所示，该方法包括如下步骤。

步骤S601，读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；

步骤S602，根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，所述量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；

步骤S603，接收用户发送的逻辑量子线路；

步骤S604，根据所述量子比特耦合子结构库，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

步骤S605，将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。

在图6所示的流程中，参照图3所示的实施例，步骤S602可以具体包括如下子步骤：

确定所述量子芯片信息对应的量子芯片的总量子比特数目；

确定比特数目不大于所述总量子比特数目的不同比特数目的比特耦合子结构；

确定所述不同比特数目的比特耦合子结构各自对应的量子比特保真度；以及

根据所述不同比特数目的比特耦合子结构以及所述不同比特数目的比特耦合子结构各自对应的量子比特保真度，建立所述量子比特耦合子结构库。

在图6所示的流程中，参照图4所示的实施例，步骤S604可以具体包括如下子步骤：

确定所述逻辑量子线路的比特数目；

在所述量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构，作为备选的比特耦合子结构；

计算所述逻辑量子线路的权重图与所述备选的比特耦合子结构的权重图的相似度；

根据所述相似度，从所述备选的比特耦合子结构中确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构。

其中，所述从所述量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构，包括：

在用户指定量子芯片的情况下，在所指定的量子芯片对应的量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构；

在用户未指定量子芯片的情况下，在所述量子计算机包含的量子芯片对应的量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构。

其中，所述根据所述相似度，从所述备选的比特耦合子结构中确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构，包括：

响应于所述相似度中的最大数值大于预设值，将所述最大数值对应的比特耦合子结构确定为用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

响应于所述相似度中的最大数值不大于预设值，将所述备选的比特耦合子结构中量子比特保真度最大的比特耦合子结构确定为用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构。

如上所述，“将相应比特数目的比特耦合子结构库中的比特耦合子结构一一转化为对应的权重图”可以在建立量子芯片的量子比特耦合子结构库后至“计算逻辑量子线路权重图和比特耦合子结构权重图之间的相似度”之前的任何时间来执行，例如，在建立量子芯片的量子比特耦合子结构库后，就对量子比特耦合子结构库中的比特耦合子结构分别转化形成对应的权重图。这样，在需要计算逻辑量子线路权重图和比特耦合子结构权重图之间的相似度时，就可以将比特耦合子结构权重图直接拿来计算，而不用临时生成，从而进一步提高编译效率。

这样，在计算所述逻辑量子线路的权重图与所述备选的比特耦合子结构的权重图的相似度之前，图6所示的方法还包括：

将所述量子比特耦合子结构库包含的比特耦合子结构分别转化形成对应的权重图。

图7是根据本申请另一个实施例的量子云计算的编译方法的流程图。与图6相比，图7的步骤S701至步骤S705与图6的步骤S601至步骤S605相同，不同之处在于，图7还包括如下步骤：

步骤S706，将所述物理量子线路发送至所述量子计算机进行计算；

步骤S707，返回所述量子计算机计算的结果。

根据图1所示的系统，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构并将逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路后，将物理量子线路发送到所选量子计算机的量子芯片上进行计算。然后，将量子计算机计算结果返回给用户端，例如，通过经典通信网络返回给用户端。

在上述量子云计算的编译系统的基础上，根据本申请的另一个方面，提供一种量子云计算的编译装置，如图8所示，该装置包括如下模块。

读取模块801，用于读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；

建立模块802，用于根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，所述量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；

接收模块803，用于接收用户发送的逻辑量子线路；

确定模块804，用于在所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

编译模块805，用于将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。

在图8所示的装置中，参照图3所示的实施例，建立模块802可以具体用于：

确定所述量子芯片信息对应的量子芯片的总量子比特数目；

确定比特数目不大于所述总量子比特数目的不同比特数目的比特耦合子结构；

确定所述不同比特数目的比特耦合子结构各自对应的量子比特保真度；以及

根据所述不同比特数目的比特耦合子结构以及所述不同比特数目的比特耦合子结构各自对应的量子比特保真度，建立所述量子比特耦合子结构库。

在图8所示的装置中，参照图4所示的实施例，确定模块804可以具体用于：

确定所述逻辑量子线路的比特数目；

在所述量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构，作为备选的比特耦合子结构；

计算所述逻辑量子线路的权重图与所述备选的比特耦合子结构的权重图的相似度；

根据所述相似度，从所述备选的比特耦合子结构中确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构。

其中，确定模块804还可以具体用于：

在用户指定量子芯片的情况下，在所指定的量子芯片对应的量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构；

在用户未指定量子芯片的情况下，在所述量子计算机包含的量子芯片对应的量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构。

其中，确定模块804还可以具体用于：

响应于所述相似度中的最大数值大于预设值，将所述最大数值对应的比特耦合子结构确定为用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

响应于所述相似度中的最大数值不大于预设值，将所述备选的比特耦合子结构中量子比特保真度最大的比特耦合子结构确定为用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构。

如上所述，“将相应比特数目的比特耦合子结构库中的比特耦合子结构一一转化为对应的权重图”可以在建立量子芯片的量子比特耦合子结构库后至“计算逻辑量子线路权重图和比特耦合子结构权重图之间的相似度”之前的任何时间来执行，例如，在建立量子芯片的量子比特耦合子结构库后，就对量子比特耦合子结构库中的比特耦合子结构分别转化形成对应的权重图。这样，在需要计算逻辑量子线路权重图和比特耦合子结构权重图之间的相似度时，就可以将比特耦合子结构权重图直接拿来计算，而不用临时生成，从而进一步提高编译效率。

这样，图8所示的装置还包括：

转化模块，用于将所述量子比特耦合子结构库包含的比特耦合子结构分别转化形成对应的权重图。

图9是根据本申请另一个实施例的量子云计算的编译装置的示意图。与图8相比，图9的模块901至模块905与图8的模块801至模块805相同，不同之处在于，图9还包括如下模块：

发送模块906，用于将所述物理量子线路发送至所述量子计算机进行计算；

返回模块907，用于返回所述量子计算机计算的结果。

根据图1所示的系统，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构并将逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路后，将物理量子线路发送到所选量子计算机的量子芯片上进行计算。然后，将量子计算机计算结果返回给用户端，例如，通过经典通信网络返回给用户端。

根据本申请提供的量子云计算的编译方法和装置，能够实时获取量子计算机中的量子芯片信息，基于实时获取的量子芯片信息形成量子比特耦合子结构库，从量子比特耦合子结构库中确定于逻辑量子线路编译的比特耦合子结构，将逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。这样，由于考虑量子芯片的动态噪声对量子芯片信息的影响，根据量子芯片校准数据自动化建立更新量子芯片的比特耦合子结构数据，从而保证实时掌握量子芯片的动态噪声，将逻辑量子线路编译到保真度较高的物理量子比特，提高编译后可执行物理量子线路的保真度。同时，由于基于实时获取的量子芯片信息形成量子比特耦合子结构库，无需再从实验端获取量子芯片信息，使得编译时可以快速读取量子芯片信息；由于预先按照保真度大小建立了量子比特耦合子结构库，因此在编译时只需考虑所需比特数目的比特耦合子结构即可，而无需考虑整个量子芯片，从而提高编译效率；进一步地，将比特耦合子结构按照保真度大小排序，可以保证将逻辑量子线路编译到最优的量子芯片区域。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

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，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，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可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性连接或其它的形式。

参阅图10，图10提供一种电子设备，包括处理器以及存储器。存储器存储有计算机指令，当计算机指令被处理器执行时，使得处理器执行所述计算机指令从而实现如图6和图7所示的方法以及细化方案。

应该理解，上述的装置实施例仅是示意性的，本发明披露的装置还可通过其它的方式实现。例如，上述实施例中所述单元/模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如，多个单元、模块或组件可以结合，或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略或不执行。

另外，若无特别说明，在本发明各个实施例中的各功能单元/模块可以集成在一个单元/模块中，也可以是各个单元/模块单独物理存在，也可以两个以上单元/模块集成在一起。上述集成的单元/模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件程序模块的形式实现。

所述集成的单元/模块如果以硬件的形式实现时，该硬件可以是数字电路，模拟电路等等。硬件结构的物理实现包括但不局限于晶体管，忆阻器等等。若无特别说明，所述处理器或芯片可以是任何适当的硬件处理器，比如CPU、GPU、FPGA、DSP和ASIC等等。若无特别说明，所述片上缓存、片外内存、存储器可以是任何适当的磁存储介质或者磁光存储介质，比如，阻变式存储器RRAM（Resistive Random Access Memory）、动态随机存取存储器DRAM（Dynamic Random Access Memory）、静态随机存取存储器SRAM（Static Random-AccessMemory）、增强动态随机存取存储器EDRAM（Enhanced Dynamic Random Access Memory）、高带宽内存HBM（High-Bandwidth Memory）、混合存储立方 HMC（Hybrid Memory Cube）等等。

所述集成的单元/模块如果以软件程序模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机电子设备（可为个人计算机、服务器或者网络电子设备等）执行本披露各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请实施例还提供一种非瞬时性计算机存储介质，存储有计算机程序，当所述计算机程序被多个处理器执行时，使得所述处理器执行如图6和图7所示的方法以及细化方案。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本申请的思想，基于本申请的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本申请保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种量子云计算的编译方法，其特征在于，包括：

读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；

根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，所述量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；

接收用户发送的逻辑量子线路；

在所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，包括：

确定所述量子芯片信息对应的量子芯片的总量子比特数目；

确定比特数目不大于所述总量子比特数目的不同比特数目的比特耦合子结构；

确定所述不同比特数目的比特耦合子结构各自对应的量子比特保真度；以及

根据所述不同比特数目的比特耦合子结构以及所述不同比特数目的比特耦合子结构各自对应的量子比特保真度，建立所述量子比特耦合子结构库。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构，包括：

确定所述逻辑量子线路的比特数目；

从所述量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构，作为备选的比特耦合子结构；

计算所述逻辑量子线路的权重图与所述备选的比特耦合子结构的权重图的相似度；以及

根据所述相似度，从所述备选的比特耦合子结构中确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述从所述量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构，包括：

在用户指定量子芯片的情况下，在所指定的量子芯片对应的量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构；

在用户未指定量子芯片的情况下，在所述量子计算机包含的量子芯片对应的量子比特耦合子结构库中，确定比特数目与所述逻辑量子线路的比特数目对应的比特耦合子结构。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述相似度，从所述备选的比特耦合子结构中确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构，包括：

响应于所述相似度中的最大数值大于预设值，将所述最大数值对应的比特耦合子结构确定为用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

响应于所述相似度中的最大数值不大于预设值，将所述备选的比特耦合子结构中量子比特保真度最大的比特耦合子结构确定为用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在计算所述逻辑量子线路的权重图与所述备选的比特耦合子结构的权重图的相似度之前，还包括：

将所述量子比特耦合子结构库包含的比特耦合子结构分别转化形成对应的权重图。

7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：

将所述物理量子线路发送至所述量子计算机进行计算；

返回所述量子计算机计算的结果。

8.一种量子云计算的编译装置，其特征在于，包括：

读取模块，用于读取量子计算机包含的量子芯片各自对应的量子芯片信息，所述量子芯片信息包括量子比特耦合结构和基础量子比特门保真度；

建立模块，用于根据所述量子芯片信息建立量子比特耦合子结构库，所述量子比特耦合子结构库包括不同比特数目的比特耦合子结构以及对应的量子比特保真度；

接收模块，用于接收用户发送的逻辑量子线路；

确定模块，用于在所述量子比特耦合子结构库中，确定用于所述逻辑量子线路编译的比特耦合子结构；以及

编译模块，用于将所述逻辑量子线路编译为所确定的比特耦合子结构能够执行的物理量子线路。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器在执行所述存储器上的计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。