線性最近鄰量子電路生成器的製造方法
2024-02-25 01:27:15
線性最近鄰量子電路生成器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種線性最近鄰量子電路生成器，主要包括三個模塊，分別為輸入模塊：主要任務是將原始量子電路轉換為符號矩陣並進行存儲；處理模塊：主要任務是存儲量子電路中使用的量子門的量子代價以及進行線性最近鄰高斯消去法的實施；輸出模塊：對最終轉換後的符號矩陣進行輸出，即構成的線性最近鄰量子電路的組成結構。本發明的方法是構建線性最近鄰量子電路生成器，實現了量子電路形成最近鄰結構，通過提出的線性最近鄰高斯消去法，實現了減少量子電路中量子門使用數量的目的，從而達到便於量子電路物理實現以及降低電路能耗的效果，在幾乎所有的情況下，本發明比現有的方法產生較低的量子代價。
【專利說明】線性最近鄰量子電路生成器
【技術領域】
[0001] 本發明屬於量子信息科學【技術領域】，具體涉及量子電路最近鄰結構生成算法和量 子電路優化算法。
【背景技術】
[0002] 線性最近鄰量子電路是只由控制非門（CNOT)組成的可逆電路，CNOT門的功能是 通過執行一個可逆的XOR (異或）操作來實現的，像所有的可逆量子門一樣，它實現了輸入 和輸出一對一映射的功能。線性最近鄰量子電路通常在更複雜的電路中起到間質的作用， 它們被用來在缺少交換門的硬體電路中構建交換門，或者是為執行可逆形式AND (與）操作 的Tofolli門的控制線準備複雜項。
[0003] 近兩年來，因為實際情況的需要以及量子計算機具有存儲信息量大、能耗低、運算 快等優點，量子計算可以很好的解決現有的許多技術難題，許多國家對量子計算領域都給 予了高度重視。在過去的幾年中，量子可逆電路的綜合方法已經有了很大的進步，但這些進 步並沒有形成完全互補。許多量子可逆電路綜合方法使用非近鄰的長距離門來產生輸出， 當目標量子計算機體系結構僅可以使用近鄰門時，量子可逆電路綜合需要添加大量額外的 量子門來實現，由此大大增加了量子電路的量子代價。許多物理量子計算機為了克服僅可 以使用近鄰門的最近鄰（NN)限制，提出了最近鄰量子位之間的相互作用，通過量子位之間 距離的縮短來實現量子位之間的最近鄰，這種方法對量子電路的綜合產生了很好的影響。
【發明內容】
[0004] 本發明的主要目的是為了構造出適用於N線的線性最近鄰量子電路生成器，並且 很好解決NN限制的問題。通過本發明，實現了量子電路轉換成量子電路線性最近鄰（LNN) 結構，並在此基礎上對量子電路進行了優化，不僅降低了量子電路的最近鄰代價（NNC)，還 使得量子電路的量子代價降到最低。發明中提出的線性最近鄰高斯消去法（LNNGE)的作用 是通過添加最少數量的CNOT門來使量子電路形成線性最近鄰結構，這時NNC降低到0,，而 且隨著整個量子電路中量子門的減少，實現量子代價的降低。
[0005] 在大規模量子電路中，我們假設電路線為n，使用線性最近鄰高斯消去法（LNNGE) 來組成線性最近鄰量子電路需要最多的量子門數量可以通過簡單的計算得出，總數為 2n2 - 3n+l個，比現有的量子電路綜合算法所產生的量子門數量都要少，並且此方法為LNN 硬體系統提供了可選的快速且高效的量子電路綜合方法。
[0006] 本發明通過以下技術方案實現：量子電路通常被描述為大小是2N的轉置向量或 2N*2N的Hilbert (希爾伯特)空間矩陣，我們可以把線性最近鄰量子電路表示為一個N*N階 布爾矩陣的係數，這個N*N階布爾矩陣的每行對應於一個數據線，在數據線上的值為輸入 變量的異或和(表1)。
【權利要求】
1. 一種線性最近鄰量子電路生成器，其特徵在於：主要包括H個模塊，分別為輸入模 塊：主要任務是將原始量子電路轉換為符號矩陣並進行存儲；處理模塊：主要任務是存儲 量子電路中使用的量子口的量子代價W及進行線性最近鄰高斯消去法的實施；輸出模塊： 對最終轉換後的符號矩陣進行輸出，即構成的線性最近鄰量子電路的組成結構。
2. 根據權利要求1所述的線性最近鄰量子電路生成器，其特徵在於：所述線性最近鄰 高斯消去法具體如下： 該算法第一階段中每一列都要搜索到矩陣最低行的元素，需要消除位於符號矩陣中所 有特徵對角線上不為1的項；算法的每一步操作都需要添加一個CNOT n，口的添加要重複 的應用在含有最少1的列中，直到此列位於特徵對角線上；在剩下的N - 1列重複實施該一 過程，最後一列將在特徵對角線行有一個1，由此建立了右上H角矩陣，結束了 LNNGE的第 一階段；在第二階段中，列的處理是從右到左，和第一階段的算法相似，直到矩陣中所有元 素都在特徵對角線上。
【文檔編號】G06F17/50GK104462689SQ201410745167
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月9日 優先權日:2014年12月9日
【發明者】管致錦, 鹿玉, 程學雲, 徐海, 曲藝, 鬱可人, 潘雨坤 申請人:南通大學