【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及分布式量子计算，尤其涉及一种基于量子位线切割的分布式量子线路划分方法。
技术介绍
1、量子计算，作为计算科学领域的一场革命，具备颠覆性的潜力，有望在经典计算机难以高效处理的复杂问题上实现重大突破。通过利用量子比特(qubit)的叠加和纠缠特性，使得量子计算能够同时处于多种状态，这种特性赋予了量子计算机在某些任务上实现指数级速度提升的独特能力。当前量子计算的发展非常活跃，不断取得新的进展和突破，如：ibm首次证明量子计算机可以在100多个量子位的规模上产生精确的结果、本源计划将国产量子算力引入中国航天领域，“夸父”量子计算云平台上线136量子比特超导量子芯片等。
2、随着对量子计算理论的深入研究，学者们逐渐认识到单一量子计算机在规模和性能上受到实验和工程技术的制约。为了克服这些限制，分布式量子计算的研究应运而生。分布式量子计算作为一种基于量子计算原理的计算模型，旨在通过将量子任务分配给多个量子处理单元，实现协同工作并共同完成大规模的量子计算任务。该研究领域的关注点不仅包括量子比特之间相互作用的优化与控制，还着重于在分布式环境下实现量子信息的传递以及有效管理量子纠缠等方面，以提高系统的稳定性和可靠性，使得量子计算在实际应用中发挥更大的作用。
3、作为当前量子计算的主要硬件平台之一，超导量子比特互连技术实现量子比特之间的相互作用，为分布式量子计算任务的完成提供了关键支持。这种互连技术通常利用微波共振腔、耦合元件以及专用线缆等器件，实现量子比特之间的高效耦合和信息传递。
4、在论文：zh
5、在论文：magnard p,storz s,kurpiers p,et al.microwave quantum linkbetween superconducting circuits housed in spatially separated cryogenicsystems[j].physical review letters,2020,125(26):260502.中研究者们通过低温波导将位于两个物理距离为5米的稀释制冷剂中的量子比特连接起来，实现了平均传输保真度达到了85.8％。这表明超导量子比特互连技术在长距离传输中能够保持相对较高的传输保真度。更进一步，在论文：niu j,zhang l,liu y,et al.low-loss interconnects formodular superconducting quantum processors[j].nature electronics,2023,6(3):235-241.中研究团队推出了一种超低损耗、易于键合连接的超导同轴线，成功实现了超高性能的超导量子芯片互连。这种技术的引入不仅提高了互连的效率，还为实现更为复杂的分布式量子计算任务奠定了基础。
6、基于超导量子芯片和互连技术，可实现分布式架构模型。为了实现跨量子处理单元(qpu)的量子态传输，在不同qpu间通过互连使得空间上相隔一定距离的量子比特之间建立量子信道，以达到相互交互和传输量子态的目的。这样的分布式架构模型使得分布式量子计算系统能够充分利用多个qpu的计算能力，实现更复杂和庞大的量子计算任务。
7、分布式量子线路是一种基于分布式量子计算理念的计算模型，它通过将量子线路分解成多个子线路，再分配给分布式架构模型处理，以实现大规模的量子计算任务。每个qpu执行特定的量子门操作，负责局部计算任务。这些操作涉及到量子比特之间的相互作用，以及特定的量子门操作，例如hadamard门、cnot门等。为了实现协同工作，不同qpu之间需要进行信息传递和通信。通信量子比特通过建立量子纠缠或其他量子态之间的关系，负责传递量子信息，使得各处理单元能够协同完成整体计算。在将大规模线路分解成子线路时，会出现量子门作用的量子位处于不同qpu的情况，则需要依靠量子信道传输量子信息。
8、在分布式量子计算中，传输量子态的成本要高于qpu内部操作，主要源于量子态的独特特性以及在传输过程中所面临的多方面困难。在建立和维持量子纠缠状态的过程存在较大的开销，特别是在涉及到远程的量子比特之间的纠缠关系时，这一过程更加耗时且能耗较高。此外，由于每次传输都可能引入噪声和误差，随着传输次数的增多，计算结果的保真度也会有所下降。降低传输次数，是分布式量子计算任务无法避免的一项挑战。
9、综上，现有技术还存在如下问题：
10、(1)传统分布式量子线路划分方法的局限性：目前的分布式量子线路划分方法主要集中在切割量子门的方式上，这种方法在减少全局门数量方面存在一定局限性。传统方法无法有效处理量子位线在切割后可能位于不同分区的问题，导致传输操作增加，影响整体计算效率。
11、(2)传输代价增加的问题：传统划分方法无法充分考虑传输代价的增加问题。随着量子线路规模的增大和分区数量的增加，传输代价的增加会成为一个严重的限制因素，影响分布式量子计算的实际可行性和效率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于量子位线切割的分布式量子线路划分方法。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用技术方案具体为：一种基于量子位线切割的分布式量子线路划分方法，包括以下步骤：
3、s1、建立量子位切割模型；包括切割量子门与基于切割量子位线；该步骤通过量子位线切割的方式将量子线路划分为多个子线路，能够更有效地减少分布式量子线路中的全局门数量，从而降低执行线路所需的传输次数。因为在传输过程中容易受到外部环境的干扰，优化传输次数会减少传输错误率，提高分布式量子计算结果的准确性。
4、s2、优化函数构建；该步骤建立传输代价函数，可通过自定义权重值，灵活调整传输次数和全局门数的相对重要性。评估基于当前划分方法所产生的传输代价，以此选择传输代价更低的划分方法。
5、s3、割点选择策略：使用遗传算法步骤中的初始化种群、选择、交叉和变异，该步骤不断迭代更新，在大量的划分方法中选择传输代价更低的划分方法。在搜索空间规模较大的情况下，传统暴力搜索的算法需要枚举所有可能的分布式量子线路划分方法，因此很难在可接受的时间内完成搜索。遗传算法可以并行处理多个划分方法，在处理大规模问题时具有高效性。并能够根据传输代价函数的值进行自适应调整方案，有助于更有效地探索解空间。初始化种群保证了种群的多样性，选择操作保留了优良方案，交叉操作增强了全局搜索能力，变异操作避免陷入局部最优。
6、步骤s1包括：切割量子门中：对于规模较大的量子线路，划本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于量子位线切割的分布式量子线路划分方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于量子位线切割的分布式量子线路划分方法，其特征在于，步骤S1包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于量子位线切割的分布式量子线路划分方法，其特征在于，步骤S2包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于量子位线切割的分布式量子线路划分方法，其特征在于，步骤S3包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于量子位线切割的分布式量子线路划分方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于量子位线切割的分布式量子线路划分方法，其特征在于，步骤s1包括：
3.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：程学云，陈子禄，陈新宇，罗政，杨帆，唐昊天，季明珠，管致锦，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：
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