量子电路生成方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种量子电路生成方法及系统，方法包括：根据交换规则，将逻辑函数中的每个变量的量子卡诺图转换为对应的恒等量子卡诺图；获取所述量子卡诺图转换为对应的所述恒等量子卡诺图的转换过程中的子量子电路；根据所述每个变量对应的子量子电路，获取所述逻辑函数或所述置换矩阵的量子电路。所述系统执行所述方法。本发明专利技术在经典数字电路上的卡诺图的基础上，提出基于量子卡诺图的量子电路生成方法，具有良好的可扩展性，可以高效地为不同规模和不同样式的逻辑函数或置换矩阵自动生成对应的量子电路，使得量子电路的生成尽可能简单。单。单。

【技术实现步骤摘要】
量子电路生成方法及系统


[0001]本专利技术涉及量子计算
，尤其涉及一种量子电路生成方法及系统。

技术介绍

[0002]将邻接矩阵部署到量子电路上，可以将邻接矩阵拆解为置换矩阵和相位反转矩阵的乘积，然后按照量子电路设计方法为每个置换矩阵设计对应的子量子电路，且根据量子电路设计方法得到的结果通常会好于直接使用哈密顿量分解方法。高效的量子电路设计方法能够同时兼顾经典计算机的计算开销和置换阵对应的量子电路复杂度。
[0003]现有的量子电路设计方法包括真值表直接求解法、置换群法、邻接矩阵法、模板法和RM展开式(Reed
‑
Muller expansion)法等，以上的量子电路构建方法通常是针对特定的逻辑函数，例如加法器、乘法器、译码器等，通过堆叠从而扩展到高位。
[0004]现有的量子电路设计方法往往只能在低量子比特规模下有较优解，一旦量子电路规模扩大，构建逻辑函数和量子电路的映射关系所使用的经典计算机算力开销将变得无法接受。尤其在处理邻接矩阵时，分解得到的置换阵多种多样且对应的可逆逻辑电路则会存在一些无关项，而真值表、置换群和RM展开式法等可逆电路设计算法，必须先获得可逆函数的全局状态，才可以进行运算。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供的量子电路生成方法及系统，用于解决现有技术中存在的上述至少一个问题，在经典数字电路上的卡诺图的基础上，提出基于量子卡诺图的量子电路生成方法，具有良好的可扩展性，可以高效地为不同规模和不同样式的逻辑函数或置换矩阵自动生成对应的量子电路，使得量子电路的生成尽可能简单。
[0006]本专利技术提供的一种量子电路生成方法，包括：
[0007]根据交换规则，将逻辑函数中的每个变量的量子卡诺图转换为对应的恒等量子卡诺图；
[0008]获取所述量子卡诺图转换为对应的所述恒等量子卡诺图的转换过程中的子量子电路；
[0009]根据所述每个变量对应的子量子电路，获取所述逻辑函数或所述置换矩阵的量子电路。
[0010]根据本专利技术提供的一种量子电路生成方法，所述逻辑函数或置换矩阵中的每个变量的量子卡诺图是通过如下方式确定的：
[0011]确定所述逻辑函数对应的所述置换矩阵；
[0012]根据所述置换矩阵的列索引和行索引，确定所述量子卡诺图；其中，所述置换矩阵的列索引和行索引是根据所述输入值和所述输出值确定的；
[0013]量子卡诺图的行索引和列索引的排布顺序均使用二进制表示，且遵循格雷码编码规则。
[0014]根据本专利技术提供的一种量子电路生成方法，所述
[0015]确定所述逻辑函数对应的所述置换矩阵，包括：
[0016]在所述逻辑函数为所述不可逆逻辑函数的情况下，将所述不可逆逻辑函数转换为所述可逆逻辑函数后，根据转换后的不可逆逻辑函数中的每个变量的输入值与输出值的映射关系，确定转换后的不可逆逻辑函数对应的置换矩阵；
[0017]在所述逻辑函数为所述可逆逻辑函数的情况下，根据所述可逆逻辑函数中的每个变量的输入值与输出值的映射关系，确定所述可逆逻辑函数对应的所述置换矩阵。
[0018]根据本专利技术提供的一种量子电路生成方法，所述根据交换规则，将逻辑函数中的每个变量的量子卡诺图转换为对应的恒等量子卡诺图，包括：
[0019]确定所述量子卡诺图中第一目标列和第二目标列；
[0020]根据行交换规则，将所述第一目标列中的第一行与第二行的值进行交换，确定所述量子卡诺图对应的所述恒等量子卡诺图；
[0021]根据列交换规则，将所述第二目标列中的第二行的值进行交换，确定所述量子卡诺图对应的所述恒等量子卡诺图；
[0022]其中，所述第一目标列包括第一列和第二列；
[0023]所述第二目标列包括第三列和第四列；
[0024]所述第一列的第一行的值为第一预设值且第二行的值为第二预设值或辅助量子比特；
[0025]所述第二列的第一行的值为所述辅助量子比特且第二行的值为所述第二预设值；
[0026]所述第三列的第一行和第二行的值均为所述第一预设值；
[0027]所述第四列的第一行和第二行的值均为所述第二预设值；
[0028]所述交换规则包括所述行交换规则和所述列交换规则。
[0029]根据本专利技术提供的一种量子电路生成方法，还包括：
[0030]确定所述量子卡诺图中与所述第一目标列的汉明距离等于第三预设值的各候选列；
[0031]从各所述候选列中筛选出第一行和第二行的值相同的第三目标列；
[0032]将所述第三目标列添加到所述第一目标列中，更新所述第一目标列。
[0033]根据本专利技术提供的一种量子电路生成方法，所述根据所述每个变量对应的子量子电路，获取所述逻辑函数或所述置换矩阵的量子电路，包括：
[0034]将所述每个变量对应的子量子电路顺序连接，获取所述量子电路。
[0035]本专利技术还提供一种量子电路生成系统，包括：第一获取模块、第二获取模块以及第三获取模块；
[0036]所述第一获取模块，用于根据交换规则，将逻辑函数中的每个变量的量子卡诺图转换为对应的恒等量子卡诺图；
[0037]所述第二获取模块，用于获取所述量子卡诺图转换为对应的所述恒等量子卡诺图的转换过程中的子量子电路；
[0038]所述第三获取模块，用于根据所述每个变量对应的子量子电路，获取所述逻辑函数或所述置换矩阵的量子电路。
[0039]本专利技术还提供一种电子设备，包括处理器和存储有计算机程序的存储器，所述处
理器执行所述程序时实现如上述任一种所述量子电路生成方法。
[0040]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述量子电路生成方法。
[0041]本专利技术还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述量子电路生成方法。
[0042]本专利技术提供的量子电路生成方法及系统，在经典数字电路上的卡诺图的基础上，提出基于量子卡诺图的量子电路生成方法，具有良好的可扩展性，可以高效地为不同规模和不同样式的逻辑函数或置换矩阵自动生成对应的量子电路，使得量子电路的生成尽可能简单。
附图说明
[0043]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]图1是本专利技术提供的量子电路生成方法的流程示意图；
[0045]图2是本专利技术提供的置换矩阵与三变量真值表的映射过程示意图；
[0046]图3是本专利技术提供的四种不同的量子线和一个广义Toffoli量子门；
[0047]图4是本专利技术提供的具有普适性的量子卡诺图变换示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子电路生成方法，其特征在于，包括：根据交换规则，将逻辑函数或置换矩阵中的每个变量的量子卡诺图转换为对应的恒等量子卡诺图；获取所述量子卡诺图转换为对应的所述恒等量子卡诺图的转换过程中的子量子电路；根据所述每个变量对应的子量子电路，获取所述逻辑函数或所述置换矩阵的量子电路。2.根据权利要求1所述的量子电路生成方法，其特征在于，所述逻辑函数或置换矩阵中的每个变量的量子卡诺图是通过如下方式确定的：确定所述逻辑函数对应的所述置换矩阵；根据所述置换矩阵的列索引和行索引，确定所述量子卡诺图；其中，所述置换矩阵的列索引和行索引是根据所述输入值和所述输出值确定的；量子卡诺图的行索引和列索引的排布顺序均使用二进制表示，且遵循格雷码编码规则。3.根据权利要求2所述的量子电路生成方法，其特征在于，所述确定所述逻辑函数对应的所述置换矩阵，包括：在所述逻辑函数为所述不可逆逻辑函数的情况下，将所述不可逆逻辑函数转换为所述可逆逻辑函数后，根据转换后的不可逆逻辑函数中的每个变量的输入值与输出值的映射关系，确定转换后的不可逆逻辑函数对应的置换矩阵；在所述逻辑函数为所述可逆逻辑函数的情况下，根据所述可逆逻辑函数中的每个变量的输入值与输出值的映射关系，确定所述可逆逻辑函数对应的所述置换矩阵。4.根据权利要求1所述的量子电路生成方法，其特征在于，所述根据交换规则，将逻辑函数中的每个变量的量子卡诺图转换为对应的恒等量子卡诺图，包括：确定所述量子卡诺图中第一目标列和第二目标列；根据行交换规则，将所述第一目标列中的第一行与第二行的值进行交换，确定所述量子卡诺图对应的所述恒等量子卡诺图；根据列交换规则，将所述第二目标列中的第二行的值进行交换，确定所述量子卡诺图对应的所述恒等量子卡诺图；其中，所述第一目标列包括第一列和第二列；所述第二目标列包括第三列和第四列；所述第一列...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏翔，陈彦虎，师学丽，伍剑，洪小斌，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：