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题名面向分布式超导量子计算架构的量子线路映射
被引量：1
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作者
朱鹏程
卫丽华
冯世光
周祥臻
郑盛根
管致锦
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机构
宿迁学院信息工程学院
南通大学信息科学技术学院
清华大学计算机科学与技术系
鹏城实验室
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出处
《软件学报》
北大核心
2025年第5期2381-2400,共20页
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基金
国家自然科学基金(62072259)
江苏省自然科学基金(BK20221411)
宿迁市科技计划面上项目(H202117)。
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文摘
近年来,超导量子互连技术的研究取得了重要进展,这为构建分布式超导量子计算架构提供了有效途径.分布式超导架构在网络拓扑、量子比特连通性、以及量子态传输协议等方面对量子线路的执行施加了严格约束.为在分布式架构上调度和执行量子线路,需要通过专门的映射工序对量子线路进行适配底层架构的变换,并将变换后的线路交由网络中多个QPU(quantum processing unit)协同运行.分布式量子线路映射需向原始线路插入辅助的量子态移动操作,这些操作(尤其是QPU间量子态移动操作)具有较高的错误率.因此,减少映射所需的量子态移动操作数对于保证分布式计算的成功率至关重要.基于超导量子互连技术和超导QPU的技术特征构建一种抽象的分布式量子计算模型,并基于该抽象模型提出一种分布式量子线路映射方法,该方法由量子比特分布式映射和量子态路由两个核心模块组成,前者以量子态路由开销为代价函数,通过局部寻优和模拟退火相结合的策略生成近最优的初始映射;后者根据量子门执行的不同情形构建多个启发式量子态路由策略,并通过灵活应用这些策略最小化插入的量子态移动操作数.所构建的分布式抽象模型屏蔽了底层架构中和量子线路映射无关的物理细节,这使得基于该模型的映射方法可适用于一类分布式超导架构而非某个特定架构.另外,所提方法可作为辅助工具参与分布式网络拓扑结构的设计和评价.实验结果表明,所提算法可以有效降低映射所需的QPU内量子态移动操作(即SWAP门)数和QPU间量子态移动操作(即ST门)数.相较已有算法,在所有基准线路上平均减少69.69%的SWAP门和85.88%的ST门,且时间开销和已有算法接近.
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关键词
超导量子计算
量子网络
分布式计算
量子处理器
量子线路映射
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Keywords
superconducting quantum computing
quantum network
distributed computing
quantum processing unit(QPU)
quantum circuit mapping
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分类号
TP303
[自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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题名分布式量子线路映射技术研究进展
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作者
朱鹏程
卫丽华
陈新宇
冯世光
程学云
管致锦
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机构
泰州学院信息工程学院
南通大学信息科学技术学院
中山大学计算机学院
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出处
《电子科技大学学报》
北大核心
2025年第4期566-581,共16页
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基金
国家自然科学基金面上项目(62072259)
江苏省自然科学基金面上项目(BK20221411)。
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文摘
分布式量子计算为突破中等规模带噪声量子计算设备所面临的量子比特数扩展瓶颈提供了有效途径。分布式量子线路映射技术是使用分布式量子计算架构高效执行量子线路的关键,其引入的通信代价对量子计算成功率有着重要影响。随着各类分布式量子计算架构的兴起,分布式量子线路映射的相关研究引发了广泛关注。该文通过对现有研究工作的分析总结,梳理分布式量子线路映射技术的发展脉络及研究现状,并对未来研究方向进行展望。
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关键词
分布式量子计算
量子线路映射
中等规模带噪声量子计算
量子隐形传态
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Keywords
distributed quantum computing
quantum circuit mapping
noisy intermediate-scale quantum computing
quantum teleportation
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分类号
TP31
[自动化与计算机技术—计算机软件与理论]
O413
[理学—理论物理]
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题名基于随机优化模型的量子线路映射辅助设计方法
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作者
卫丽华
朱鹏程
管致锦
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机构
宿迁学院信息与计算科学系
南通大学信息科学技术学院
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出处
《量子电子学报》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第6期952-962,共11页
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基金
国家自然科学基金(62072259)
江苏省自然科学基金(BK20221411)
江苏省高校哲学社会科学项目(2022SJYB2416)。
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文摘
物理量子位之间的受限连通性是含噪中型量子计算设备面临的重要约束之一。量子线路映射方法通过插入量子交换(SWAP)门对量子线路进行变换,使得其中的每一个量子位交互操作均满足物理设备施加的受限连通约束。在噪声环境下,减少插入的SWAP门数对于提升量子计算成功率有重要意义。以最小化SWAP门数为目标,结合随机搜索技术,提出了一种基于多迭代随机寻优模型的启发式量子线路映射优化方法。实验结果表明,该方法可以通过迭代大幅减少量子线路映射过程所需插入的量子门数,并有效降低结果物理线路对初始映射的依赖程度。
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关键词
量子计算
量子线路映射
含噪中型量子计算
受限连通性
随机优化
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Keywords
quantum computing
quantum circuit mapping
noisy intermediate-scale quantum computing
limited connectivity
stochastic optimization
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分类号
TP302.2
[自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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