量子線路映射與優(yōu)化

目錄
前言
第1章 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 發(fā)展歷史 2
1.3 量子線路映射的任務(wù) 9
1.4 量子線路映射的方法 10
1.5 全書(shū)結(jié)構(gòu) 11
第2章 預(yù)備知識(shí) 13
2.1 幾個(gè)重要概念 13
2.1.1 計(jì)算模型 13
2.1.2 可逆計(jì)算 13
2.1.3 量子計(jì)算 14
2.1.4 量子計(jì)算模型 14
2.1.5 量子算法 15
2.2 布爾函數(shù) 15
2.2.1 一般布爾函數(shù) 16
2.2.2 可逆(布爾)函數(shù) 16
2.2.3 可逆邏輯門(mén) 17
2.2.4 可逆邏輯線路 19
2.2.5 可逆邏輯綜合 20
2.3 量子態(tài)與量子比特 20
2.3.1 量子態(tài) 20
2.3.2 量子比特 21
2.4 量子門(mén) 25
2.4.1 量子門(mén)的概念 25
2.4.2 恒等門(mén) 25
2.4.3 Pauli門(mén) 25
2.4.4 NCV門(mén) 26
2.4.5 交換門(mén)(SWAP門(mén)) 27
2.4.6 Clifford+T門(mén) 28
2.4.7 相位門(mén) 29
2.4.8 量子門(mén)的可逆性 30
2.4.9 量子門(mén)的通用性 30
2.5 量子線路 30
2.5.1 基本概念 30
2.5.2 量子線路的表示 31
2.5.3 量子線路類型 32
2.5.4 量子代價(jià) 32
2.5.5 量子門(mén)計(jì)數(shù) 33
2.5.6 量子線路分層 33
2.5.7 量子線路深度 34
2.5.8 量子門(mén)序列互逆 34
2.5.9 邏輯量子線路的等價(jià)性 36
2.5.10 量子線路變換 36
2.5.11 量子線路化簡(jiǎn) 37
2.5.12 可逆/量子門(mén)分解 38
2.5.13 量子線路優(yōu)化 42
2.6 量子計(jì)算體系結(jié)構(gòu) 43
2.6.1 線性*近鄰架構(gòu) 43
2.6.2 二維網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 43
2.6.3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 44
2.6.4 量子比特近鄰結(jié)構(gòu) 45
2.6.5 量子代價(jià) 47
2.6.6 量子不可克隆原理 47
2.7 NISQ計(jì)算設(shè)備 48
2.7.1 計(jì)算噪聲 48
2.7.2 量子門(mén)約束 49
2.7.3 連通性約束 50
2.7.4 退相干約束 51
2.7.5 串?dāng)_約束 51
2.7.6 計(jì)算結(jié)果保真度 51
2.7.7 相關(guān)約束分析 52
2.8 量子線路映射 53
2.8.1 初始映射 54
2.8.2 量子比特分配 54
2.8.3 量子比特近鄰化 55
2.8.4 線性*近鄰 56
2.8.5 線性*近鄰代價(jià) 57
2.8.6 量子比特近鄰化代價(jià) 57
2.8.7 量子比特路由 58
2.8.8 量子門(mén)執(zhí)行調(diào)度 58
2.8.9 量子線路調(diào)度 59
2.8.10 量子線路分布式映射 59
上篇 量子線路邏輯變換
第3章 可逆/量子線路變換與優(yōu)化 63
3.1 基于規(guī)則的MCT線路變換 63
3.1.1 門(mén)關(guān)系與變換規(guī)則 63
3.1.2 門(mén)序列與變換規(guī)則 64
3.1.3 基于規(guī)則的線路化簡(jiǎn)算法 70
3.1.4 實(shí)例驗(yàn)證 72
3.1.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 74
3.2 基于模板的線路變換 75
3.2.1 模板定義 75
3.2.2 模板構(gòu)建 76
3.2.3 基于模板線路優(yōu)化 97
3.3 本章小結(jié) 109
第4章 分解變換與優(yōu)化 110
4.1 MCT門(mén)分解 110
4.1.1 基本分解方法 110
4.1.2 MCT門(mén)分解優(yōu)化 111
4.1.3 示例分析 113
4.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 114
4.2 線性近鄰約束下的MCT門(mén)分解 114
4.2.1 問(wèn)題描述 114
4.2.2 基本概念 115
4.2.3 近鄰交互約束下的MCT門(mén)分解 116
4.3 基于設(shè)備拓?fù)涓兄腗CT門(mén)分解 125
4.3.1 問(wèn)題描述 125
4.3.2 基本概念 126
4.3.3 硬件子拓?fù)溥x擇 126
4.3.4 MCT線路關(guān)聯(lián)門(mén)對(duì)生成 130
4.3.5 MCT線路分解映射 136
4.3.6 實(shí)驗(yàn)和結(jié)果分析 142
4.4 本章小結(jié) 145
第5章 線性*近鄰量子線路變換 146
5.1 NCV線路的LNN構(gòu)造和優(yōu)化 146
5.1.1 NCV量子門(mén)三線分布 146
5.1.2 LNN線路*優(yōu)綜合算法 150
5.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 152
5.2 線性*近鄰量子線路綜合 154
5.2.1 N門(mén)前瞻*近鄰方法 154
5.2.2 聯(lián)合考慮*近鄰方法 162
5.2.3 換門(mén)序原則 163
5.2.4 優(yōu)化近鄰化策略 163
5.2.5 量子線路化簡(jiǎn) 168
5.2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 169
5.3 LNN排布的線路近鄰化 172
5.3.1 線序重排代價(jià)度量模型 172
5.3.2 基于LNN排布的線路近鄰化 175
5.3.3 線路優(yōu)化 179
5.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 182
5.4 本章小結(jié) 186
下篇 量子線路物理感知映射
第6章 量子線路初始映射 189
6.1 基本概念 189
6.2 問(wèn)題描述 194
6.2.1 概述 194
6.2.2 問(wèn)題分析 195
6.3 量子比特分配的精確方法 197
6.3.1 線性化表示 197
6.3.2 精確量子比特分配算法 199
6.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 205
6.4 考慮時(shí)序權(quán)重的量子比特分配 207
6.4.1 時(shí)序交互圖 207
6.4.2 量子比特分配算法 207
6.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 210
6.5 考慮活躍度的量子比特分配 211
6.5.1 量子比特分配順序 211
6.5.2 量子比特布局 215
6.5.3 舉例 217
6.6 本章小結(jié) 219
第7章 量子比特近鄰化及路由 220
7.1 問(wèn)題描述與分析 220
7.1.1 問(wèn)題描述 220
7.1.2 問(wèn)題分析 222
7.2 量子比特路由方法 226
7.2.1 量子比特路由的CNOT門(mén)優(yōu)化問(wèn)題 226
7.2.2 量子比特路由策略 227
7.3 迭代尋優(yōu)近鄰化與路由策略 233
7.3.1 基本思想 233
7.3.2 局部搜索算法 233
7.3.3 CNOT門(mén)數(shù)優(yōu)化算法 235
7.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 237
7.4 基于活躍度量子比特近鄰化與路由 243
7.4.1 近鄰化代價(jià) 243
7.4.2 雙量子比特門(mén)序列的選擇 244
7.4.3 量子比特近鄰化 246
7.4.4 復(fù)雜度分析 248
7.4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 249
7.5 本章小結(jié) 251
第8章 噪聲約束的量子線路映射及優(yōu)化 252
8.1 噪聲約束分析 252
8.2 基于ESP的提高保真度路由策略 254
8.2.1 CNOT門(mén)的ESP估算 254
8.2.2 ESP估算 261
8.2.3 量子比特路由 263
8.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 267
8.3 基于變換與調(diào)度的保真度優(yōu)化 268
8.3.1 串?dāng)_與噪聲 268
8.3.2 量子門(mén)交換規(guī)則 269
8.3.3 面向串?dāng)_約束的量子線路調(diào)度 280
8.3.4 量子比特狀態(tài)更新 285
8.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析 288
8.4 本章小結(jié) 289
第9章 分布式映射及優(yōu)化 291
9.1 分布式映射概述 291
9.2 分布式架構(gòu)模型 292
9.2.1 模型構(gòu)建 292
9.2.2 分布式量子線路映射 295
9.3 分布式量子線路劃分與優(yōu)化 298
9.3.1 線路劃分策略 298
9.3.2 傳輸代價(jià)優(yōu)化策略 302
9.3.3 傳輸代價(jià)優(yōu)化算法 307
9.4 分布式量子比特分配 313
9.4.1 全局量子態(tài)路由代價(jià) 313
9.4.2 分布式量子比特分配算法 314
9.5 分布式量子態(tài)路由 316
9.5.1 QPU內(nèi)量子態(tài)路由策略 316
9.5.2 QPU間量子態(tài)路由策略 320
9.5.3 量子態(tài)路由算法 322
9.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 324
9.6.1 實(shí)驗(yàn)配置 324
9.6.2 算法性能 325
9.7 本章小結(jié) 328
參考文獻(xiàn) 330