CN117313878A - 量子电路处理方法、装置及电子设备 - Google Patents

量子电路处理方法、装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本公开提供了一种量子电路处理方法、装置及电子设备，涉及量子计算技术领域，具体涉及量子电路技术领域。具体实现方案为：获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表，第一量子电路包括L个线性纠缠层，在线性纠缠层中，量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间依次通过双量子比特门进行纠缠；在L小于或等于N‑2的情况下，基于第一指令列表，对第一量子电路进行等效编译，得到与第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表；等效编译包括：在第一指令列表中第一测量操作指令之后添加第一重置操作指令；将第一指令列表中每个目标操作指令重新映射到量子位i的量子比特上，目标操作指令作用在量子位i+L+1上。

Description

量子电路处理方法、装置及电子设备
技术领域
本公开涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子电路技术领域，具体涉及一种量子电路处理方法、装置及电子设备。
背景技术
量子计算利用量子世界中特有的运行规律，提供了一条全新的并且非常有前景的信息处理方式。在诸多特定问题上，量子算法可以带来超越经典算法的优势。例如，利用秀尔(Shor)算法，可以对大整数进行高效的分解，利用格罗弗(Grover)算法，可以更快的进行数据搜索。随着量子理论的发展，不断有新的量子算法被提出，如何高效的对这些算法进行模拟或者在真正的量子硬件上运行始终是一个重要的问题。
量子算法的经典模拟或者真机运行主要受限于量子比特的数量。在经典模拟上，由于描述量子态的列向量的长度随对应比特数呈指数增长(例如一个n比特的量子态的列向量长度为2n)，经典计算机很难模拟大规模的量子算法。受计算机内存和处理器能力的限制，现有的量子电路模拟方式最多能支持模拟几十个量子比特的算法。
目前，通常是采用启发式算法对量子电路进行等效编译，以得到与量子电路等效的动态量子电路。
发明内容
本公开提供了一种量子电路处理方法、装置及电子设备。
根据本公开的第一方面，提供了一种量子电路处理方法，包括：
获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路为线性纠缠结构的量子电路，所述第一量子电路包括L个线性纠缠层，所述第一量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列，在所述线性纠缠层中，按照j从小到大的顺序在量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间依次通过双量子比特门进行纠缠，j的取值范围为[0，N-2]，N为大于2的整数，L为正整数；
在L小于或等于N-2的情况下，基于所述第一指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表；
其中，所述第二量子电路的量子比特数量小于所述第一量子电路的量子比特数量，所述等效编译包括：在所述第一指令列表中第一测量操作指令之后添加第一重置操作指令；并将所述第一指令列表中每个目标操作指令重新映射到量子位i的量子比特上，所述第一测量操作指令和所述第一重置操作指令均作用在量子位i上，所述目标操作指令作用在量子位i+L+1上，i的取值范围为[0，N-L-2]。
根据本公开的第二方面，提供了一种量子电路处理装置，包括：
获取模块，用于获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路为线性纠缠结构的量子电路，所述第一量子电路包括L个线性纠缠层，所述第一量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列，在所述线性纠缠层中，按照j从小到大的顺序在量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间依次通过双量子比特门进行纠缠，j的取值范围为[0，N-2]，N为大于2的整数，L为正整数；
等效编译模块，用于在L小于或等于N-2的情况下，基于所述第一指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表；
其中，所述第二量子电路的量子比特数量小于所述第一量子电路的量子比特数量，所述等效编译包括：在所述第一指令列表中第一测量操作指令之后添加第一重置操作指令；并将所述第一指令列表中每个目标操作指令重新映射到量子位i的量子比特上，所述第一测量操作指令和所述第一重置操作指令均作用在量子位i上，所述目标操作指令作用在量子位i+L+1上，i的取值范围为[0，N-L-2]。
根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行第一方面中的任一项方法。
根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行第一方面中的任一项方法。
根据本公开的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现第一方面中的任一项方法。
根据本公开的技术解决了相关技术中线性纠缠量子电路的经典模拟和真机运行比较难的问题，能够实现线性纠缠量子电路的最优编译，使得编译出来的量子电路宽度可以达到最小，即能够将一个线性纠缠量子电路编译成与其等价的所需量子比特数最少的动态量子电路，从而能够简化线性纠缠量子电路的经典模拟和真机运行。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
图1是根据本公开第一实施例的量子电路处理方法的流程示意图；
图2是一示例的静态量子电路的结构示意图；
图3是另一示例的静态量子电路的结构示意图；
图4是图3所示量子电路编译得到的动态量子电路的结构示意图；
图5是一示例的线性纠缠量子电路的结构示意图；
图6是另一示例的线性纠缠量子电路的结构示意图；
图7是图6所示量子电路编译得到的动态量子电路的结构示意图；
图8是根据本公开第二实施例的量子电路处理装置的结构示意图；
图9是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
第一实施例
如图1所示，本公开提供一种量子电路处理方法，包括如下步骤：
步骤S101：获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路为线性纠缠结构的量子电路，所述第一量子电路包括L个线性纠缠层，所述第一量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列，在所述线性纠缠层中，按照j从小到大的顺序在量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间依次通过双量子比特门进行纠缠，j的取值范围为[0，N-2]，N为大于2的整数，L为正整数。
本实施例中，量子电路处理方法涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子电路技术领域，其可以广泛应用于量子电路的经典模拟和真机运行场景下。本公开实施例的量子电路处理方法，可以由本公开实施例的量子电路处理装置执行。本公开实施例的量子电路处理装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的量子电路处理方法。
目前，较为主流的量子计算实现方式基于量子电路模型，即通过在量子比特上作用一系列的量子门完成量子态的演化，并在电路末端进行量子测量以获取计算结果。当前业界常用的量子电路是静态量子电路，即仅在电路末端包含测量操作的量子电路。
随着近期硬件方向的快速发展(主要是量子比特相干时间的显著提升，以及高保真度中间态测量与重置操作的实现)，包含量子电路中间测量以及重置操作的动态量子电路越来越受到业界的重视。由于引入了电路的中间测量，动态量子电路可以在量子比特的相干时间内，将量子计算和实时的经典计算与通信有效的结合起来。这一特性使得通过量子电路模型可以实现的计算任务的多样性大大增加。例如，利用动态量子电路的中间测量，可以在电路运行中实现前反馈操作，即根据中间测量获得的结果决定接下来要作用什么量子门，亦或抛弃当前的计算结果，重新开始计算任务。这样的功能在量子纠错与容错量子计算中是非常重要的。因此可以预见的是，动态量子电路在未来将会成为各类量子算法以及量子应用的重要组成部分。
由于动态量子电路中的量子比特可以被重置并在后续计算过程中继续被使用，因此与静态量子电路相比，在运行相同的量子算法的情况下，动态量子电路可以有效地减少计算任务所需的量子比特数，且理论上计算能力不受任何影响。例如在静态电路中需要n量子比特的Bernstein-Vazirani算法，在动态量子电路仅需2个量子比特即可实现。
受计算机内存和处理器能力的限制，现有的量子电路模拟方式最多能支持模拟几十个量子比特的算法。比如，笔记本能模拟20-30个左右的量子比特，大型超级计算机和集群可以最多模拟30-40个左右的量子比特。在真机运行上，由于当前量子芯片的可扩展性问题尚未解决，导致量子计算机能提供的量子比特数非常有限。因此，量子电路优化是量子计算领域中的一个基本问题。
量子电路优化是通过一定的技术手段，可以将给定的量子电路进行等效编译为动态量子电路，以减少量子比特数，这样可以降低其经典模拟和真机运行的要求，加速量子算法的研究和量子计算在实际场景下的落地。
本实施例中通过对线性纠缠量子电路进行编译，可以在量子比特数上对原量子电路进行大量简化。一方面，可以进一步提升量子算法经典模拟的规模，加强经典计算机对量子算法的验证能力，另一方面，也可以降低量子算法在真机运行上的比特数要求，弥补当前量子芯片可扩展性问题的不足。对线性纠缠量子电路在量子机器学习的使用场景中非常重要。
以下详细介绍量子电路模型。
目前，量子计算实现方式可以基于量子电路模型，即通过在量子比特上作用一系列的量子门完成量子态的演化，并在电路末端进行量子测量以获取计算结果。量子电路图可以表示了量子电路模型计算的全部过程。
图2是一示例的量子电路的结构示意图，如图2所示，可以用一根水平线表示一个量子比特系统，从上至下依次对量子比特的量子位进行标号，其中，量子位的标号往往从零开始。
量子电路图中时间演化的方向从左到右，最左端为初始的量子态，其中，通常每个量子比特初始化为零态，之后对初始态依次作用不同的量子门操作以完成量子态的演化。同时可以对某些量子位进行量子测量，获得测量结果。
如果一个量子电路中不包含重置、中间量子测量等操作，且所有测量操作都位于量子电路的最末端，则此类量子电路称为静态量子电路，如图2所示的量子电路即为静态量子电路。
量子电路图中的操作通常可以按照作用顺序用一个有序的指令列表进行表示，指令列表中每个元素代表一个操作指令。
每一个量子态制备(或初始化)操作表示为一个包含四个元素的指令[Reset,qubit,None,None]。例如，[Reset,2,None,None]表示将量子位2的量子比特初始化为零态。
每一个单比特量子门(如H，X，Y，Z，S，T，Rx，Ry，Rz等)表示为一个包含四个元素的操作指令[name，qubit，parameter，condition]，其中name为量子门的名称，qubit为量子门作用的量子位，parameter为量子门的参数(如没有参数则默认为None)，condition表示该量子门操作受哪一个量子位测量结果的控制(标准量子电路中该参数默认为None)。例如，[Rx，2，pi，None]表示对量子位2上的量子比特作用一个Rx旋转门，旋转角度为pi。
每一个双比特量子门(如控制非门CNOT，SWAP门)表示为一个包含四个元素的指令[name，qubit，parameter，condition]。其中，name为量子门的名称，qubit为控制位和受控位构成的列表，parameter为量子门的参数(如没有参数则默认为None)，标准量子电路中condition参数默认为None。例如，[SWAP，[1,2]，None，None]表示在量子位1和2之间作用SWAP门；[CNOT，[1,3]，None，None]表示对量子位1和量子位3作用控制非门，其中量子位1为控制位，量子位3为受控位。
更为一般的，每一个多量子比特门(例如CCX门)表示为一个包含四个元素的指令[name,qubit,parameter,condition]。其中，name为量子门的名称，qubit为该多量子比特门作用的量子位构成的列表，parameter为量子门的参数(如没有参数则默认为None)，condition表示该量子门操作受哪一个量子位测量结果的控制(如果没有参数则默认为None)。
每一个计算基下的测量表示为一个包含四个元素的指令[measure，qubit，None，None]。例如，[measure，2，None，None]表示对量子位2进行计算基下的测量。
按照如上的指令表示规则，图2中的静态量子电路可以表示为如下的有序指令列表：static_circuit＝[[Reset,0,None,None],[Reset,1,None,None],[Reset,2,None,None],[H,0,None,None],[H,1,None,None],[H,2,None,None],[CNOT,[0,1],None,None],[SWAP,[1,2],None,None],[Rx,0,α,None],[Ry,1,β,None],[Rz,2,γ,None],[Measure,0,None,None],[Measure,1,None,None],[Measure,2,None,None]]。
在一些应用场景中，可以允许在量子电路的中间对某些量子比特进行测量，并在测量获得结果后将这些量子比特重置为|0>态，以供后续计算继续使用。而包含了电路中间测量以及重置操作的量子电路称为动态量子电路。
可以通过量子电路优化将静态量子电路编译为动态量子电路，例如可以将图3所示的静态量子电路等效编译为图4所示的动态量子电路，可以看到，该动态量子电路相对于原静态量子电路，其量子比特数减少了一个，但两个量子电路的运行效果等价。
原静态量子电路的指令列表为：static_circuit＝[[Reset,0,None,None],[Reset,1,None,None],[Reset,2,None,None],[H,0,None,None],[H,1,None,None],[H,2,None,None],[CNOT,[0,1],None,None],[CNOT,[1,2],None,None],[Measure,0,None,None],[Measure,1,None,None],[Measure,2,None,None]]。编译后的动态量子电路的指令列表为：dynamic_circuit＝[[Reset,0,None,None],[Reset,1,None,None],[H,0,None,None],[H,1,None,None],[CNOT,[0,1],None,None],[Measure,0,None,None],[Reset,0,None,None],[H,0,None,None],[CNOT,[1,0],None,None],[Measure,0,None,None],[Measure,1,None,None]]。
本实施例的目的是将一个给定的静态量子电路编译成其等价的动态量子电路，并且使得编译后的量子电路所需的量子比特数最少。
在步骤S101中，第一量子电路可以为静态量子电路，第一量子电路为线性纠缠结构的量子电路，称之为线性纠缠量子电路。线性纠缠量子电路是量子机器学习中广泛使用的一种量子电路，第一量子电路可以包括L个线性纠缠层，每个线性纠缠层的线性纠缠结构是相同的，即线性纠缠层中，按照j从小到大的顺序在量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间依次通过双量子比特门进行纠缠，j的取值范围为[0，N-2]。
比如，对于包含N个量子比特，L层线路的线性纠缠量子电路，对于每一层子电路，其结构为从量子位0的量子比特开始，依次在量子位j的量子比特和量子位j+1的量子比特上作用双量子比特门。其中，双量子比特门可以为CNOT门，也可以为SWAP门，或者其他双量子比特门。
图5是一示例的线性纠缠量子电路的结构示意图，如图5所示，该线性纠缠量子电路包含4个量子比特，两个线性纠缠层。其中，每个虚线框内的线路即为一个线性纠缠层，整个量子电路需要根据虚线框中的线性纠缠结构重复2次。
可以获取预先存储的第一量子电路的第一指令列表，也可以获取用户输入的第一量子电路的第一指令列表，还可以基于与第一量子电路等效的第三量子电路的指令列表，获取第一量子电路的第一指令列表，这里不进行具体限定。
步骤S102：在L小于或等于N-2的情况下，基于所述第一指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表；其中，所述第二量子电路的量子比特数量小于所述第一量子电路的量子比特数量，所述等效编译包括：在所述第一指令列表中第一测量操作指令之后添加第一重置操作指令；并将所述第一指令列表中每个目标操作指令重新映射到量子位i的量子比特上，所述第一测量操作指令和所述第一重置操作指令均作用在量子位i上，所述目标操作指令作用在量子位i+L+1上，i的取值范围为[0，N-L-2]。
该步骤中，第二量子电路可以为动态量子电路。
在进行等效编译时，可以依次获取第一指令列表中的第一测量操作指令，并针对每个第一测量操作指令，基于第一测量操作指令所作用的量子位i，在第一测量操作指令之后添加该量子位i上的第一重置操作指令，并将第一指令列表中每个目标操作指令重新映射到量子位i的量子比特上。第一测量操作指令分别为作用在量子位0、量子位1、…、量子位N-L-2上的测量操作指令。
若N为4，L为2，则第一测量操作指令为作用在量子位0上的测量操作指令。也即等效编译时，在量子位0上的测量操作指令之后添加量子位0上的重置操作指令，并将第一指令列表中作用在量子位3上的目标操作指令重新映射，将其映射到量子位0的量子比特上，从而得到与第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表。
若N为5，L为2，则第一测量操作指令分别为作用在量子位0和量子位1上的测量操作指令。也即等效编译时，先针对量子位0上的测量操作指令，在量子位0上的测量操作指令之后添加量子位0上的重置操作指令，并将第一指令列表中作用在量子位3上的目标操作指令重新映射，将其映射到量子位0的量子比特上。之后针对量子位1上的测量操作指令，在量子位1上的测量操作指令之后添加量子位1上的重置操作指令，并将第一指令列表中作用在量子位4上的目标操作指令重新映射，将其映射到量子位1的量子比特上，从而可以得到与第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表。
这样，在将量子测量操作的操作指令等效编译后，可以在量子测量操作的操作指令之后添加重置操作的操作指令，通过重置操作指令，可以将分配给量子位i的寄存单元进行回收，以供量子位i+L+1的量子比特继续使用，以减少编译得到的第二量子电路的量子比特数。
在一可选实施方式中，可以基于第一指令列表直接进行第一量子电路的等效编译，即通过对第一指令列表的遍历，分别获取第一测量操作指令和目标操作指令，并执行第一量子电路的等效编译。在另一可选实施方式中，可以基于第一指令列表构建有向无环图，基于有向无环图来进行第一量子电路的等效编译。
相关技术中，通常是采用启发式算法进行量子电路编译，无法保证电路编译的最优性，若通过电路编译的数学建模给出了最优编译方案，然而算法复杂度随量子比特数指数增长，对较大规模的电路编译效率非常低。而本实施例中，针对线性纠缠量子电路的结构特殊性，当线性纠缠层的层数L≤N-2时，可以将量子位i的量子比特测量之后进行重置，将所有作用在量子位i+l+1的量子比特上的操作指令重新映射到量子位i的量子比特上进行执行，该规则由基于电路结构的理论证明所得。
在时间复杂度上，本实施例由于无需构建复杂的数学模型，因此编译过程简单，且运行时间可以随N和L线性增长，编译非常高效。在编译效果上，如果一个线性纠缠量子电路可以编译，编译出来的动态量子电路将会只需要L+1个量子比特。可以理论证明，本实施例中方案是最优的编译方案，也就是说不可能存在一种编译方案，使得编译出来的电路宽度比L+1更少。如此，本实施例提供了一种线性纠缠量子电路的最优编译方式，可直接应用于相应场景之中，无需复杂的计算和优化。
并且，基于不同架构设计的量子计算机，其所能提供的量子比特数与各类操作的实现能力也不同。通过等效编译，可以使得量子电路在真实量子计算机上的运行方案更为灵活，可以根据实际的硬件条件，在动态量子电路和静态量子电路之间灵活地进行选择。例如，对于相干时间较短，但易于扩展量子比特数的超导量子计算机，更适合运行宽度较大、深度较小的静态量子电路；而对于相干时间较长，但扩展性相对较差的基于离子阱架构的量子计算机，则更适合运行宽度较小、深度较大的动态量子电路。
可选的，所述方法还包括：
在L大于N-2的情况下，输出目标信息，所述目标信息指示所述第一量子电路不可等效编译为第二量子电路。
量子电路的等效编译本质上对已经测量的量子比特进行重置，以便后续量子指令操作使用。基于线性纠缠量子电路的结构，当L>N-2时，该量子电路不能进一步编译成量子比特数更少的动态量子电路。此时，可以输出原量子电路的指令列表。如此，可以高效判断线性纠缠量子电路的可编译性。
可选的，所述第一量子电路中还包括至少一个单量子比特门，所述单量子比特门位于所述第一量子电路的任意位置。
本实施例中的等效编译过程与单量子比特门的个数、种类、具体执行位置等信息无关，因此，本实施例中的第一量子电路在保证其是线性纠缠结构的情况下，还可以包括单量子比特门。
图6是另一示例的线性纠缠量子电路的结构示意图，如图6所示，可以在图5所示的量子电路的任意位置添加单量子比特门，或者将CNOT门替换成其他双量子比特门。只要量子电路的双量子比特门满足线性纠缠结构，则该量子电路即为线性纠缠量子电路。
对于图6所示的线性纠缠量子电路，其电路指令列表为static_circuit＝[[Reset,0,None,None],[Reset,1,None,None],[Reset,2,None,None],[Reset,3,None,None],[H,0,None,None],[S,1,None,None],[T,2,None,None],[H,3,None,None],[CNOT,[1,0],None,None],[CNOT,[1,2],None,None],[CNOT,[2,3],None,None],[H,0,None,None],[H,1,None,None],[Rz,2,0.1,None],[Rx,3,0.5,None],[CNOT,[0,1],None,None],[SWAP,[1,2],None,None],[CNOT,[2,3],None,None],[Measure,0,None,None],[Measure,1,None,None],[Measure,2,None,None],[Measure,3,None,None]]。
如此，可以扩大量子电路处理的原量子电路的适用范围。
可选的，所述步骤S102具体包括：
基于所述第一指令列表，确定第一有向无环图，所述第一有向无环图包括所述第一指令列表中操作指令对应的节点和第一有向边，所述第一有向边用于表征所述第一指令列表中不同操作指令间的时序关系；
在所述第一有向无环图中添加第二有向边，得到第二有向无环图和所述第二有向边构成的有向边列表，所述第二有向边包括所述第一测量操作指令对应输出节点至第二重置操作指令对应输入节点的有向边，所述第二重置操作指令为作用在量子位i+L+1上的重置操作指令；
基于所述第二有向无环图和所述有向边列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表。
在一可选实施方式中，可以对第一指令列表按照从左至右的指令排列顺序进行遍历，并通过查找所作用的量子位与当前遍历的操作指令所作用的量子位存在交集的最近邻操作指令来构建第一有向无环图。。
在另一可选实施方式中，可选的，所述基于所述第一指令列表，确定第一有向无环图，包括：
对所述第一指令列表按照操作指令的排列顺序进行遍历；
将当前遍历的操作指令作为节点，并在目标列表不为空列表的情况下，添加所述目标列表中位于末尾的操作指令对应节点至当前遍历的操作指令对应节点的第一有向边；所述目标列表为当前遍历的操作指令所作用的量子位对应的列表；
将当前遍历的操作指令添加至所述目标列表的末尾，并在所述第一指令列表遍历完成的情况下，得到所述第一有向无环图。
也即通过构建N个量子比特一一对应的N个目标列表，来存储当前遍历的操作指令的前序操作指令。基于当前遍历的操作指令所作用的量子位，获取该量子位对应的目标列表，该目标列表中的操作指令所作用的量子位均与当前遍历的操作指令所作用的量子位存在交集。从中选取与其最近邻的操作指令，即目标列表中位于末尾的操作指令，来构建第一有向边。如此，可以简化第一有向无环图的构建过程，实现第一有向无环图的高效构建。
进一步的，在所述第一有向无环图中添加第二有向边，得到第二有向无环图和所述第二有向边构成的有向边列表，所述第二有向边包括所述第一测量操作指令对应输出节点至第二重置操作指令对应输入节点的有向边，所述第二重置操作指令为作用在量子位i+L+1上的重置操作指令。比如，若N为4，L为2，则第二有向边为作用在量子位0上的测量操作指令对应节点至作用在量子位3上的重置操作指令对应节点的有向边。又比如，若N为5，L为2，则第二有向边包括：作用在量子位0上的测量操作指令对应节点至作用在量子位3上的重置操作指令对应节点的有向边，以及作用在量子位1上的测量操作指令对应节点至作用在量子位4上的重置操作指令对应节点的有向边。
之后基于第二有向无环图和有向边列表，对第一量子电路进行等效编译，得到与第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表。可选的，所述基于所述第二有向无环图和所述有向边列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表，包括：
获取所述第二有向无环图对应的操作指令的拓扑排序，得到第三指令列表；
针对所述有向边列表中每个所述第二有向边，将所述第三指令列表中所述第二有向边的输入节点所作用的量子位对应的各目标操作指令重新映射到所述第二有向边的输出节点所作用的量子位上，以得到所述第二指令列表。
线性纠缠量子电路的最优编译过程如下：
输入：线性纠缠量子电路的第一指令列表circuit_list，电路宽度N≥2，线性纠缠层的层数L≥1；
输出：编译后的动态量子电路的第二指令列表。
步骤1：如果L>N-2，则返回原电路指令列表circuit_list作为输出；
步骤2：初始化一个空的有向无环图digraph；
步骤3：初始化一个长度为N的目标列表causal_lists，其中每个元素为一个空列表；
步骤4：对circuit_list进行循环，设当前被循环的元素为instruction：
步骤4.1：取出instruction指令中qubit值，并进行循环，设被循环的元素为q，将instruction作为节点，添加至有向无环图digraph中；查找目标列表causal_lists[q]的最后一个元素，记录为preinstruction；如果preinstruction不为空元素，则向有向无环图digraph中添加第一有向边，从preinstruction指向instruction；将instruction添加至列表causal_lists[q]的最后；
步骤5：初始化一个空列表added_edges(即有向边列表)；
步骤6：对变量i∈{0,1,···,N-L-2}进行循环：
步骤6.1：向有向无环图digraph中添加第二有向边，从作用在量子位i上的测量操作指令指向作用在量子位i+L+1上的重置操作指令，同时将有向边添加至added_edges列表中；
步骤7：根据有向无环图digraph获得所有电路指令的拓扑排序，并记录于circuit_list中；
步骤8：对added_edges列表进行循环，设当前循环的变量为edge：
步骤8.1：令preinstruction和postinstruction分别表示有向边edge的输出节点和输入节点；
步骤8.2：记preinstruction和postinstruction两个操作指令作用的量子位分别为prequbit和postqubit；循环遍历circuit_list列表，将所有作用在量子位postqubit的目标操作指令更新至作用在量子位prequbit上；
步骤9：返回circuit_list作为输出。
如此，可以借助于有向无环图实现对线性纠缠量子电路的等效编译，其实现过程非常简单。
对于图6中的量子电路，通过本实施例中的方案编译后得到的动态量子电路为图7所示，其对应电路指令列表为：dynamic_circuit＝[[Reset,0,None,None],[Reset,1,None,None],[Reset,2,None,None],[H,0,None,None],[S,1,None,None],[T,2,None,None],[CNOT,[1,0],None,None],[CNOT,[1,2],None,None],[H,0,None,None],[H,1,None,None],[CNOT,[0,1],None,None],[Measure,0,None,None],[Reset,0,None,None],[H,0,None,None],[CNOT,[2,0],None,None],[Rx,0,0.5,None],[Rz,2,0.1,None],[SWAP,[1,2],None,None],[CNOT,[2,0],None,None],[Measure,0,None,None],[Measure,1,None,None],[Measure,2,None,None]]。其动态量子电路的量子比特数为3，为最优的编译方案。
可选的，所述步骤S101具体包括：
将所述第一量子电路中每个量子比特的重置操作指令添加至电路列表；
针对所述第一量子电路中每个线性纠缠层，按照j从小到大的顺序将所述线性纠缠层中量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间的每个双量子比特门的操作指令添加至电路列表；
将所述第一量子电路中每个量子比特的量子测量操作指令添加至电路列表，得到所述第一指令列表。
一个包含N个量子比特，L层线路的线性纠缠量子电路的电路指令列表的具体获取过程如下：
输入：量子电路宽度N，线性纠缠层的层数L；
输出：线性纠缠量子电路的指令列表。
步骤1：初始化一个空列表circuit_list；
步骤2：对变量i∈{0,1,···,N-1}进行循环：
步骤2.1：将重置操作指令[Reset,i,None,None]加入到列表circuit_list末端；
步骤3：对变量k∈{0,1,···,L-1}进行循环：
步骤3.1：对变量i∈{0,1,···,N-2}进行循环；将双量子比特门的操作指令如[CNOT,[i,i+1],None,None]加入到列表circuit_list末端；
步骤4：对变量i∈{0,1,···,N-1}进行循环：
步骤4.1：将电路指令[Measure,i,None,None]加入到列表circuit_list末端；
步骤5：返回circuit_list作为输出。
如此，可以通过输入线性纠缠量子电路的结构信息，实现线性纠缠量子电路的第一指令列表的获取，其过程简单。通过输入电路宽度N为4，线性纠缠层的层数L为2，可以生成如图5所示线性纠缠量子电路的第一指令列表，为static_circuit＝[[Reset,0,None,None],[Reset,1,None,None],[Reset,2,None,None],[Reset,3,None,None],[CNOT,[0,1],None,None],[CNOT,[1,2],None,None],[CNOT,[2,3],None,None],[CNOT,[0,1],None,None],[CNOT,[1,2],None,None],[CNOT,[2,3],None,None],[Measure,0,None,None],[Measure,1,None,None],[Measure,2,None,None]]。
可选的，所述步骤S101之前，所述方法还包括：
对包括N个量子比特的第三量子电路进行置换映射，以将所述第三量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特进行有序排列；
在置换映射后的所述第三量子电路为线性纠缠结构的量子电路的情况下，确定所述第三量子电路与所述第一量子电路等效。
针对不是标准量子电路的第三量子电路，可以将其转换为标准量子电路，若转换后得到的标准量子电路为线性纠缠结构的量子电路，则表明第三量子电路是与第一量子电路等效的。其中，标准量子电路中，N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列。
如此，可以扩大量子电路处理的原量子电路的适用范围。
可选的，在置换映射后的所述第三量子电路为线性纠缠结构的量子电路的情况下，所述步骤S101具体包括：
获取所述第三量子电路的第四指令列表；
将所述第三量子电路中N个量子比特的第一编号列表进行置换，得到第二编号列表，所述第二编号列表是依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列的；
基于所述第一编号列表和所述第二编号列表的映射关系，对所述第四指令列表中操作指令所作用的量子位进行变换，得到所述第一指令列表。
其中，可以基于置换矩阵将第三量子电路中N个量子比特的第一编号列表进行置换，得到第二编号列表，该置换矩阵可以由用户输入或预设得到。之后，可以基于第一编号列表和第二编号列表的映射关系，比如第三量子电路中的量子位2映射为第一量子电路中的量子位0，对第四指令列表中操作指令所作用的量子位进行变换，比如将第四指令列表中作用在量子位2的操作指令重新映射到量子位0上，以得到第一量子电路的第一指令列表。
如此，可以基于与第一量子电路等效的第三量子电路的指令列表，实现对第一量子电路的指令列表的获取。
第二实施例
如图8所示，本公开提供一种量子电路处理装置800，包括：
获取模块801，用于获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路为线性纠缠结构的量子电路，所述第一量子电路包括L个线性纠缠层，所述第一量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列，在所述线性纠缠层中，按照j从小到大的顺序在量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间依次通过双量子比特门进行纠缠，j的取值范围为[0，N-2]，N为大于2的整数，L为正整数；
等效编译模块802，用于在L小于或等于N-2的情况下，基于所述第一指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表；
其中，所述第二量子电路的量子比特数量小于所述第一量子电路的量子比特数量，所述等效编译包括：在所述第一指令列表中第一测量操作指令之后添加第一重置操作指令；并将所述第一指令列表中每个目标操作指令重新映射到量子位i的量子比特上，所述第一测量操作指令和所述第一重置操作指令均作用在量子位i上，所述目标操作指令作用在量子位i+L+1上，i的取值范围为[0，N-L-2]。
可选的，所述等效编译模块802包括：
确定单元，用于基于所述第一指令列表，确定第一有向无环图，所述第一有向无环图包括所述第一指令列表中操作指令对应的节点和第一有向边，所述第一有向边用于表征所述第一指令列表中不同操作指令间的时序关系；
添加单元，用于在所述第一有向无环图中添加第二有向边，得到第二有向无环图和所述第二有向边构成的有向边列表，所述第二有向边包括所述第一测量操作指令对应输出节点至第二重置操作指令对应输入节点的有向边，所述第二重置操作指令为作用在量子位i+L+1上的重置操作指令；
等效编译单元，用于基于所述第二有向无环图和所述有向边列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表。
可选的，所述确定单元，具体用于：
对所述第一指令列表按照操作指令的排列顺序进行遍历；
将当前遍历的操作指令作为节点，并在目标列表不为空列表的情况下，添加所述目标列表中位于末尾的操作指令对应节点至当前遍历的操作指令对应节点的第一有向边；所述目标列表为当前遍历的操作指令所作用的量子位对应的列表；
将当前遍历的操作指令添加至所述目标列表的末尾，并在所述第一指令列表遍历完成的情况下，得到所述第一有向无环图。
可选的，所述等效编译单元，具体用于：
获取所述第二有向无环图对应的操作指令的拓扑排序，得到第三指令列表；
针对所述有向边列表中每个所述第二有向边，将所述第三指令列表中所述第二有向边的输入节点所作用的量子位对应的各目标操作指令重新映射到所述第二有向边的输出节点所作用的量子位上，以得到所述第二指令列表。
可选的，所述获取模块801，具体用于：
将所述第一量子电路中每个量子比特的重置操作指令添加至电路列表；
针对所述第一量子电路中每个线性纠缠层，按照j从小到大的顺序将所述线性纠缠层中量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间的每个双量子比特门的操作指令添加至电路列表；
将所述第一量子电路中每个量子比特的量子测量操作指令添加至电路列表，得到所述第一指令列表。
可选的，所述装置还包括：
置换映射模块，用于对包括N个量子比特的第三量子电路进行置换映射，以将所述第三量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特进行有序排列；
确定模块，用于在置换映射后的所述第三量子电路为线性纠缠结构的量子电路的情况下，确定所述第三量子电路与所述第一量子电路等效。
可选的，所述获取模块801，具体用于：
在置换映射后的所述第三量子电路为线性纠缠结构的量子电路的情况下，获取所述第三量子电路的第四指令列表；
将所述第三量子电路中N个量子比特的第一编号列表进行置换，得到第二编号列表，所述第二编号列表是依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列的；
基于所述第一编号列表和所述第二编号列表的映射关系，对所述第四指令列表中操作指令所作用的量子位进行变换，得到所述第一指令列表。
可选的，所述第一量子电路中还包括至少一个单量子比特门，所述单量子比特门位于所述第一量子电路的任意位置。
可选的，所述装置还包括：
输出模块，用于在L大于N-2的情况下，输出目标信息，所述目标信息指示所述第一量子电路不可等效编译为第二量子电路。
本公开提供的量子电路处理装置800能够实现量子电路处理方法实施例实现的各个过程，且能够达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
图9示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
如图9所示，设备900包括计算单元901，其可以根据存储在只读存储器(ROM)902中的计算机程序或者从存储单元908加载到随机访问存储器(RAM)903中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 903中，还可存储设备900操作所需的各种程序和数据。计算单元901、ROM 902以及RAM 903通过总线904彼此相连。输入/输出(I/O)接口905也连接至总线904。
设备900中的多个部件连接至I/O接口905，包括：输入单元906，例如键盘、鼠标等；输出单元907，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元908，例如磁盘、光盘等；以及通信单元909，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元909允许设备900通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
计算单元901可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元901的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元901执行上文所描述的各个方法和处理，例如量子电路处理方法。例如，在一些实施例中，量子电路处理方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元908。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 902和/或通信单元909而被载入和/或安装到设备900上。当计算机程序加载到RAM 903并由计算单元901执行时，可以执行上文描述的量子电路处理方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元901可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行量子电路处理方法。
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (21)

1.一种量子电路处理方法，包括：
获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路为线性纠缠结构的量子电路，所述第一量子电路包括L个线性纠缠层，所述第一量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列，在所述线性纠缠层中，按照j从小到大的顺序在量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间依次通过双量子比特门进行纠缠，j的取值范围为[0，N-2]，N为大于2的整数，L为正整数；
在L小于或等于N-2的情况下，基于所述第一指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表；
其中，所述第二量子电路的量子比特数量小于所述第一量子电路的量子比特数量，所述等效编译包括：在所述第一指令列表中第一测量操作指令之后添加第一重置操作指令；并将所述第一指令列表中每个目标操作指令重新映射到量子位i的量子比特上，所述第一测量操作指令和所述第一重置操作指令均作用在量子位i上，所述目标操作指令作用在量子位i+L+1上，i的取值范围为[0，N-L-2]。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述基于所述第一指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表，包括：
基于所述第一指令列表，确定第一有向无环图，所述第一有向无环图包括所述第一指令列表中操作指令对应的节点和第一有向边，所述第一有向边用于表征所述第一指令列表中不同操作指令间的时序关系；
在所述第一有向无环图中添加第二有向边，得到第二有向无环图和所述第二有向边构成的有向边列表，所述第二有向边包括所述第一测量操作指令对应输出节点至第二重置操作指令对应输入节点的有向边，所述第二重置操作指令为作用在量子位i+L+1上的重置操作指令；
基于所述第二有向无环图和所述有向边列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于所述第一指令列表，确定第一有向无环图，包括：
对所述第一指令列表按照操作指令的排列顺序进行遍历；
将当前遍历的操作指令作为节点，并在目标列表不为空列表的情况下，添加所述目标列表中位于末尾的操作指令对应节点至当前遍历的操作指令对应节点的第一有向边；所述目标列表为当前遍历的操作指令所作用的量子位对应的列表；
将当前遍历的操作指令添加至所述目标列表的末尾，并在所述第一指令列表遍历完成的情况下，得到所述第一有向无环图。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述基于所述第二有向无环图和所述有向边列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表，包括：
获取所述第二有向无环图对应的操作指令的拓扑排序，得到第三指令列表；
针对所述有向边列表中每个所述第二有向边，将所述第三指令列表中所述第二有向边的输入节点所作用的量子位对应的各目标操作指令重新映射到所述第二有向边的输出节点所作用的量子位上，以得到所述第二指令列表。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表，包括：
将所述第一量子电路中每个量子比特的重置操作指令添加至电路列表；
针对所述第一量子电路中每个线性纠缠层，按照j从小到大的顺序将所述线性纠缠层中量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间的每个双量子比特门的操作指令添加至电路列表；
将所述第一量子电路中每个量子比特的量子测量操作指令添加至电路列表，得到所述第一指令列表。
6.根据权利要求1所述的方法，所述获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表之前，还包括：
对包括N个量子比特的第三量子电路进行置换映射，以将所述第三量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特进行有序排列；
在置换映射后的所述第三量子电路为线性纠缠结构的量子电路的情况下，确定所述第三量子电路与所述第一量子电路等效。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在置换映射后的所述第三量子电路为线性纠缠结构的量子电路的情况下，所述获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表，包括：
获取所述第三量子电路的第四指令列表；
将所述第三量子电路中N个量子比特的第一编号列表进行置换，得到第二编号列表，所述第二编号列表是依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列的；
基于所述第一编号列表和所述第二编号列表的映射关系，对所述第四指令列表中操作指令所作用的量子位进行变换，得到所述第一指令列表。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一量子电路中还包括至少一个单量子比特门，所述单量子比特门位于所述第一量子电路的任意位置。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在L大于N-2的情况下，输出目标信息，所述目标信息指示所述第一量子电路不可等效编译为第二量子电路。
10.一种量子电路处理装置，包括：
获取模块，用于获取包括N个量子比特的第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路为线性纠缠结构的量子电路，所述第一量子电路包括L个线性纠缠层，所述第一量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列，在所述线性纠缠层中，按照j从小到大的顺序在量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间依次通过双量子比特门进行纠缠，j的取值范围为[0，N-2]，N为大于2的整数，L为正整数；
等效编译模块，用于在L小于或等于N-2的情况下，基于所述第一指令列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表；
其中，所述第二量子电路的量子比特数量小于所述第一量子电路的量子比特数量，所述等效编译包括：在所述第一指令列表中第一测量操作指令之后添加第一重置操作指令；并将所述第一指令列表中每个目标操作指令重新映射到量子位i的量子比特上，所述第一测量操作指令和所述第一重置操作指令均作用在量子位i上，所述目标操作指令作用在量子位i+L+1上，i的取值范围为[0，N-L-2]。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述等效编译模块包括：
确定单元，用于基于所述第一指令列表，确定第一有向无环图，所述第一有向无环图包括所述第一指令列表中操作指令对应的节点和第一有向边，所述第一有向边用于表征所述第一指令列表中不同操作指令间的时序关系；
添加单元，用于在所述第一有向无环图中添加第二有向边，得到第二有向无环图和所述第二有向边构成的有向边列表，所述第二有向边包括所述第一测量操作指令对应输出节点至第二重置操作指令对应输入节点的有向边，所述第二重置操作指令为作用在量子位i+L+1上的重置操作指令；
等效编译单元，用于基于所述第二有向无环图和所述有向边列表，对所述第一量子电路进行等效编译，得到与所述第一量子电路等效的第二量子电路的第二指令列表。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述确定单元，具体用于：
对所述第一指令列表按照操作指令的排列顺序进行遍历；
将当前遍历的操作指令作为节点，并在目标列表不为空列表的情况下，添加所述目标列表中位于末尾的操作指令对应节点至当前遍历的操作指令对应节点的第一有向边；所述目标列表为当前遍历的操作指令所作用的量子位对应的列表；
将当前遍历的操作指令添加至所述目标列表的末尾，并在所述第一指令列表遍历完成的情况下，得到所述第一有向无环图。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述等效编译单元，具体用于：
获取所述第二有向无环图对应的操作指令的拓扑排序，得到第三指令列表；
针对所述有向边列表中每个所述第二有向边，将所述第三指令列表中所述第二有向边的输入节点所作用的量子位对应的各目标操作指令重新映射到所述第二有向边的输出节点所作用的量子位上，以得到所述第二指令列表。
14.根据权利要求10所述的装置，其中，所述获取模块，具体用于：
将所述第一量子电路中每个量子比特的重置操作指令添加至电路列表；
针对所述第一量子电路中每个线性纠缠层，按照j从小到大的顺序将所述线性纠缠层中量子位j的量子比特与量子位j+1的量子比特之间的每个双量子比特门的操作指令添加至电路列表；
将所述第一量子电路中每个量子比特的量子测量操作指令添加至电路列表，得到所述第一指令列表。
15.根据权利要求10所述的装置，还包括：
置换映射模块，用于对包括N个量子比特的第三量子电路进行置换映射，以将所述第三量子电路中N个量子比特依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特进行有序排列；
确定模块，用于在置换映射后的所述第三量子电路为线性纠缠结构的量子电路的情况下，确定所述第三量子电路与所述第一量子电路等效。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述获取模块，具体用于：
在置换映射后的所述第三量子电路为线性纠缠结构的量子电路的情况下，获取所述第三量子电路的第四指令列表；
将所述第三量子电路中N个量子比特的第一编号列表进行置换，得到第二编号列表，所述第二编号列表是依次按照量子位0的量子比特至量子位N-1的量子比特有序排列的；
基于所述第一编号列表和所述第二编号列表的映射关系，对所述第四指令列表中操作指令所作用的量子位进行变换，得到所述第一指令列表。
17.根据权利要求10所述的装置，其中，所述第一量子电路中还包括至少一个单量子比特门，所述单量子比特门位于所述第一量子电路的任意位置。
18.根据权利要求10所述的装置，还包括：
输出模块，用于在L大于N-2的情况下，输出目标信息，所述目标信息指示所述第一量子电路不可等效编译为第二量子电路。
19.一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-9中任一项所述的方法。
20.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计
算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-9中任一项所述的方法。
21.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-9中任一项所述的方法。
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