量子电路的分类方法、装置、电子设备、介质和产品与流程

1.本公开涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子电路技术领域，具体涉及一种量子电路的分类方法、装置、电子设备、介质和产品。


背景技术：

2.目前较为主流的量子计算实现方式基于量子电路模型，即通过在量子比特上作用一系列的量子门完成量子态的演化，并在量子电路末端进行量子测量以获取计算结果。
3.随着硬件的快速发展(主要是量子比特相干时间的显著提升，以及高保真度中间态测量与重置操作的实现)，包含电路中间测量以及重置操作的动态量子电路越来越受到业界的重视。
4.在一些场景下，可以输入量子电路，将输入的量子电路编译成与之等效的另一量子电路，以减少量子电路的量子比特数量。


技术实现要素：

5.本公开提供了一种量子电路的分类方法、装置、电子设备、介质和产品。
6.根据本公开的第一方面，提供了一种量子电路的分类方法，包括：
7.获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路包括n个量子比特，所述n为大于1的整数；
8.在对所述第一指令列表遍历过程中遍历到指示目标量子操作的操作指令的情况下，基于所述目标量子操作涉及的量子位列表，利用所述目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系，更新所述第一量子电路的可达性列表，所述可达性列表用于表征每个量子比特与所述n个量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述目标量子操作涉及的每个量子位对应量子比特至少与所述量子位列表对应量子比特之间存在所述目标连接路径，所述目标连接路径包括以下至少一项：沿着一量子比特的量子态时间演化方向的连接路径，和，两个量子比特的量子态平行时间演化方向上的连接路径，所述目标量子操作涉及的量子位列表中量子位数量大于1；
9.基于所述可达性列表对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少于所述第一量子电路的量子比特数量。
10.根据本公开的第二方面，提供了一种量子电路的分类装置，包括：
11.获取模块，用于获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路包括n个量子比特，所述n为大于1的整数；
12.更新模块，用于在对所述第一指令列表遍历过程中遍历到指示目标量子操作的操作指令的情况下，基于所述目标量子操作涉及的量子位列表，利用所述目标量子操作对于
量子比特间可达性的传递关系，更新所述第一量子电路的可达性列表，所述可达性列表用于表征每个量子比特与所述n个量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述目标量子操作涉及的每个量子位对应量子比特至少与所述量子位列表对应量子比特之间存在所述目标连接路径，所述目标连接路径包括以下至少一项：沿着一量子比特的量子态时间演化方向的连接路径，和，两个量子比特的量子态平行时间演化方向上的连接路径，所述目标量子操作涉及的量子位列表中量子位数量大于1；
13.分类模块，用于基于所述可达性列表对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少于所述第一量子电路的量子比特数量。
14.根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：
15.至少一个处理器；以及
16.与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
17.存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行第一方面中的任一项方法。
18.根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，该计算机指令用于使计算机执行第一方面中的任一项方法。
19.根据本公开的第五方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序在被处理器执行时实现第一方面中的任一项方法。
20.本公开实施例中，可以确定所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，进而有利于后续基于分类结果对第一量子电路进行优化编译，以显著减少大规模量子算法所需的量子比特数。
21.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
22.附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
23.图1是根据本公开第一实施例的量子电路的分类方法的流程示意图；
24.图2是一示例的量子电路的结构示意图之一；
25.图3是一示例提供的一个包含经典控制量子操作的量子电路的结构示意图；
26.图4是一示例中对图3中的量子电路进行转化之后得到的动态量子电路的结构示意图；
27.图5是量子比特间可达性的原理示意图；
28.图6是量子比特间互达性的原理示意图；
29.图7是利用多量子比特建立量子比特间可达性的原理示意图；
30.图8是利用双量子比特传递量子比特间可达性的原理示意图；
31.图9是利用多量子比特传递量子比特间可达性的原理示意图
32.图10是判断量子电路是否可编译的原理示意图；
33.图11是根据本公开第二实施例的量子电路的分类装置的结构示意图；
34.图12是用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。
具体实施方式
35.以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
36.相关技术中的动态量子电路，由于引入了量子电路的中间测量，因此，可以在量子比特的相干时间内，将量子计算和实时的经典计算与通信有效的结合起来。这一特性使得通过量子电路模型可以实现的计算任务的多样性大大增加。例如，利用动态量子电路的中间测量，可以在量子电路运行中实现前反馈操作，即根据中间测量获得的结果决定接下来要作用什么量子门，亦或抛弃当前的计算结果，重新开始计算任务。这样的功能在量子纠错与容错量子计算中是非常重要的。
37.此外，由于动态量子电路中的量子比特可以被重置并在后续计算过程中继续被使用，因此与静态量子电路相比，在运行相同的量子算法的情况下，动态量子电路可以有效地减少计算任务所需的量子比特数，且理论上计算能力不受任何影响。例如，在静态量子电路中需要n量子比特的berstein-vazirani算法，在动态量子电路仅需2个量子比特即可实现。
38.当前量子算法的经典模拟或者真机运行主要受限于量子比特的数量。在经典模拟中，由于描述量子态的列向量的长度随对应比特数呈指数增长(例如一个n比特的量子态的列向量长度为2n)。因此，受计算机内存和处理器能力的限制，通过静态量子电路的方式最多能支持模拟几十个量子比特的算法(笔记本能模拟20-30个左右的量子比特，大型超级计算机和集群可以最多模拟30-40个左右的量子比特)。而在经典计算机上模拟的量子比特几乎不受相干时间的限制，因此，本公开通过提供一种量子电路的分类方法，以判断量子电路的可变编译性，后续可以基于判断结果对具有可编译性的量子电路进行优化编译，从而可以显著减少某些大规模量子算法所需的量子比特数，从而在经典计算机上对这些算法进行模拟。
39.第一实施例
40.如图1所示，本公开提供一种量子电路的分类方法，包括如下步骤：
41.步骤s101：获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路包括n个量子比特，所述n为大于1的整数。
42.本实施例中，量子电路的分类方法涉及量子计算技术领域，尤其涉及量子电路技术领域，其可以广泛应用于量子电路的经典模拟和真机运行场景下。本公开实施例的量子电路的分类方法，可以由本公开实施例的量子电路的分类装置执行。本公开实施例的量子电路的分类装置可以配置在任意电子设备中，以执行本公开实施例的量子电路的分类方法。
43.上述第一量子电路可以是各种量子电路模型的量子电路，其中，量子电路模型作为常用的一种量子计算方式。量子电路模型通过对初始量子态进行各种量子门操作来完成量子态的演化，并通过量子测量获取计算结果。量子电路图则表示了量子电路模型计算的
全部过程。如图2所示，图2为本公开实施例提供的一种量子电路的电路图，图2中每一根水平横线代表一个量子比特系统，从上至下依次对量子比特位进行标号，其中，量子位的标号往往从零开始，例如，当所述第一量子电路为图2所示的量子电路时，所述第一量子电路包括3个量子比特，此时，所述n的取值为3。
44.量子电路图中时间演化的方向从左到右，最左端为初始的量子态，其中，通常每个量子比特初始化为零态，之后对初始态依次作用不同的量子门操作以完成量子态的演化。同时可以对某些量子位进行量子测量，获得测量结果。
45.上述第一量子电路可以是静态量子电路，静态量子电路中量子测量操作均位于量子门操作之后。其中，如果一个量子电路中不包含重置、中间量子测量等操作则此类电路称为静态量子电路，例如，如图2所述的电路图即为静态量子电路的电路图。
46.在量子电路图中除了初始态之外其余部分，通常按照量子门的作用顺序用一个有序的指令列表表示，指令列表中的每一个元素代表一个量子门或一个量子测量指令。具体地，可以将：
47.每一个单量子比特门(如h,x,y,z,s,t,rx,ry,rz等)表示为一个包含四个元素的指令[name,which_qubit,parameters,condition]，其中name为量子门的名称，which_qubit为量子门作用的量子比特的量子位，parameters为量子门的参数(如没有参数则默认为none)，condition表示该量子门操作受哪一个量子位测量结果的控制(如果没有参数则默认为none)。例如，[rx,2,pi,none]表示对量子位2上的量子比特作用一个rx旋转门，旋转角度为pi。
[0048]
每一个多量子比特门(如控制非门cnot门，swap门，控制-控制非门toffoli门)表示为一个包含四个元素的指令[name,which_qubit,parameters,condition]，其中，name为量子门的名称，which_qubit为该多量子比特门作用的量子位构成的列表，parameters为量子门的参数(如没有参数则默认为none)，condition表示该量子门操作受哪一个量子位测量结果的控制(如果没有参数则默认为none)。
[0049]
例如，[swap,[1,2],none,none]表示在量子位1和2之间作用swap门；而[toffoli,[1,2,3],none,none]表示对量子位1,2和3作用toffoli门，其中1,2为控制位，3为受控位。
[0050]
每一个计算基下的测量表示为一个包含四个元素的指令[measure,which_qubit,none,none]。例如，[measure,2,none,none]表示对量子位2进行计算基下的测量。
[0051]
按照如上的指令表示规则，图2中的静态量子电路可以表示为如下的有序指令列表：
[0052]
static_circuit＝[[h,0,none,none],[h,1,none,none],[h,2,none,none],[cnot,[0,1],none,none],[swap,[1,2],none,none],[rx,0,α,none],[ry,1,β,none],[rz,2,γ,none],[measure,0,none,none],[measure,1,none,none],[measure,2,none,none]]。
[0053]
第一量子电路中可以包括多量子比特门，如双量子比特门、三量子比特门等。
[0054]
除上述操作外，量子电路的操作中还可能出现对一部分量子比特进行量子测量，并根据测量的结果来调控其余的量子比特的演化，这类操作称为经典控制量子操作。如图3所示，为本公开提供的一个包含经典控制量子操作的量子电路的示例。
[0055]
量子电路中的经典控制量子操作可以表示为一个包含四个元素的指令[name,
which_qubit,parameters,condition]，其中name为量子门的名称，which_qubit为量子门作用的量子比特位，parameters为量子门的参数(如没有参数则默认为none)，condition表示该量子门操作受哪一个量子位测量结果的控制。
[0056]
例如，图3中的经典受控量子门x可以表示为[x,2,none,1]，即作用在量子位2上的pauli x门，受控条件为量子位1上的测量结果，测量结果为0则不作用量子门，测量结果为1则作用量子门。
[0057]
第一量子电路中可以包括经典控制量子操作。因此，本实施例中，第一量子电路不仅可以包括单量子比特门、双量子比特门，还考虑了多量子比特门以及经典控制量子门对量子比特的可达性的影响，支持的输入量子电路的范围比较广。
[0058]
更为一般的，可以允许在量子电路的中间对某些量子比特进行测量，并在获得测量结果后将这些量子比特重置为|0》态，以供后续计算继续使用。包含了电路中间测量以及重置操作的量子电路称为动态量子电路。
[0059]
其中，重置操作可以表示为一个包含四个元素的指令[reset,which_qubit,none,none]，其中，which_qubit表示被重置的量子比特位。一般来说，将电路编译为动态量子电路可以使得电路宽度有所降低。例如将图3所示的量子电路编译为动态量子电路后如图4所示，可以看到，该动态电路使得量子比特数减少了一个。本公开的目的即是判断输入量子电路是否可编译为与之等效的动态量子电路，以减少经典计算所需模拟的量子比特数。
[0060]
步骤s102：在对所述第一指令列表遍历过程中遍历到指示目标量子操作的操作指令的情况下，基于所述目标量子操作涉及的量子位列表，利用所述目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系，更新所述第一量子电路的可达性列表，所述可达性列表用于表征每个量子比特与所述n个量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述目标量子操作涉及的每个量子位对应量子比特至少与所述量子位列表对应量子比特之间存在所述目标连接路径，所述目标连接路径包括以下至少一项：沿着一量子比特的量子态时间演化方向的连接路径，和，两个量子比特的量子态平行时间演化方向上的连接路径，所述目标量子操作涉及的量子位列表中量子位数量大于1。
[0061]
下文结合图对上述可达性作进一步的解释说明：
[0062]
在量子电路图中，如果从某个量子比特q1出发，按照顺着时间演化(从左到右)或平行时间演化的方向，存在沿量子电路图中的连线可以到达一个量子比特q2的路径，则称q1到q2是可达的；而如果量子电路图中不存在这样的路径，则称q1到q2是不可达的。其中，从某个量子比特出发按照顺着时间演化(从左到右)或平行时间演化的方向到达一量子比特的路径即为目标连接路径。
[0063]
例如，如图5所示，量子位0的量子比特可以沿目标连接路径1到达量子位2的量子比特，因此，量子位0的量子比特至量子位2的量子比特是可达的。而量子位2的量子比特到量子位0的量子比特之间的路径由于存在逆着时间演化的方向的部分，因此，量子位2的量子比特到量子位0的量子比特是不可达的。
[0064]
而如果对于两个量子比特q1和q2，其中q1到q2是可达的，而q2到q1也是可达的，则称q1和q2之间是可互达的。例如，如图6所示，量子位0的量子比特到量子位1的量子比特是可达的，量子位1的量子比特到量子位0的量子比特也是可达的，从而量子位0的量子比特和量子
位1的量子比特是可互达的。
[0065]
根据上述定义，某个量子位q1到其自身是可达的，因此，在遍历第一指令列表之前，针对每个量子比特，该可达性列表可以指示该量子比特与其自身是可达的。
[0066]
可达性列表可以包括n个可达集合，在一可选实施方式中，每个可达集合中包括的是：从量子比特i出发，第一量子电路中可达的所有量子比特的标号，或者，第一量子电路中所有可达量子比特i的量子比特的标号，量子比特i为可达集合对应的量子比特。
[0067]
在另一可选实施方式中，可达集合中可以包括n个元素，每个元素表征的是量子比特i与索引对应量子比特之间的可达性，0表示不可达，1表示可达。
[0068]
量子比特间的可达性可以通过多量子比特门建立，即如果n个量子比特q1，q2，...，qn之间通过一个n量子比特门相连接，则{q1，q2，...，qn}之间的任意两个量子比特之间都是可互达的。
[0069]
以图7中的三量子比特门为例，量子比特0，1和2之间的toffoli门作用后，这三个量子比特中的任意两个量子比特之间均是可互达的。此外，由于经典控制量子门的结构与双量子比特门类似，因此，经典控制量子门也可以建立量子比特之间的可达性，如图7中的量子位1的量子比特和量子位3的量子比特之间的经典控制z门建立了量子位1的量子比特和量子位3的量子比特之间的可互达性。而单量子比特操作(如单量子比特门、测量操作及重置操作)则不会影响整个量子电路中各量子比特间的可达性关系。
[0070]
量子比特间的可达性可以通过双量子比特门传递。设在量子电路执行中的某个时间点，可达集合{qi}0中的所有量子比特到q0均是可达的，而可达集合{qi}1中的所有量子比特到q1均是可达的，在此时间点后，q0和q1之间通过双量子比特门建立了可互达性，则此双量子比特门作用后，可达集合{qi}0中的所有量子比特到q1均是可达的，而可达集合{qi}1中的所有量子比特到q0也均是可达的。同样地，由于经典控制量子门的结构与双量子比特门类似，因此经典控制量子门也可以传递量子比特间的可达性。
[0071]
例如，如图8所示，在量子位1的量子比特和量子位2的量子比特的cnot门执行前，到量子位1的量子比特可达的集合为{0，1}1，而到量子位2的量子比特可达的集合为{2，3}2，而该cnot门在量子位1的量子比特和量子位2的量子比特之间建立了可互达性，根据可达性的传递关系，量子位0的量子比特和量子位1的量子比特到量子位2的量子比特是可达的，而量子位2的量子比特和量子位3的量子比特到量子位1的量子比特也是可达的。
[0072]
量子比特门可达性传递关系也可以通过多量子比特门传递。设在量子电路执行的某个时间点，量子比特q1，q2，...，qn之间作用了一个n量子比特门。在该量子门作用前，到q1，q2，...，qn可达的量子比特可以用n个可达集合{qi}1，{qi}2，...，{qi}n分别表示，而在该量子门作用后，n个可达集合{qi}1，{qi}2，...，{qi}n中的量子比特到q1，q2，...，qn中的任意一个量子比特均是可达的。换句话说，在该n量子比特门作用后，到量子比特q1，q2，...，qn可达的量子比特集合均为{qi}1u{qi}2u...u{qi}n。
[0073]
例如，如图9所示，在量子比特1，2，3之间的toffoli门作用前，到量子比特1，2，3可达的量子比特分别表示为{0，1}1，{2，4}2，{3}3三个集合，而toffoli门作用后，集合{0，1，2，3，4}＝{0，1}1∪{2，4}2∪{3}3中的所有量子比特到量子比特1，2，3均是可达的。
[0074]
可以对第一指令列表进行遍历，在遍历到目标量子操作的操作指令的情况下，可以基于目标量子操作涉及的量子位列表，利用双量子比特门、多量子比特门和经典控制量
子操作对量子比特间可达性的传递关系，对第一量子电路的可达性列表进行更新。
[0075]
其中，目标量子操作可以为双量子比特门、多量子比特门或经典控制量子操作，目标量子操作涉及的量子位列表中不仅可以包括量子操作所作用的量子位，在目标量子操作为经典控制量子操作的情况下，目标量子操作涉及的量子位列表中还可以包括其受控条件上的量子位，即其受控的量子位。
[0076]
比如，在遍历到多量子比特门的情况下，利用多量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系，可以将多量子比特门涉及的每个量子位的可达集合进行并集运算，将可达性列表中多量子比特门涉及的每个量子位的可达集合更新为并集运算得到的集合。也可以将多量子比特门涉及的量子位列表进行两两组合，以利用双量子比特门对于量子比特间可达性的建立和传递关系，来更新第一量子电路的可达性列表。
[0077]
在遍历到经典控制量子操作或双量子比特门的情况下，利用经典控制量子操作和双量子比特门对于量子比特间可达性的建立和传递关系，基于目标量子操作涉及的量子位列表更新第一量子电路的可达性列表。
[0078]
需要说明的是，可以对第一指令列表进行遍历，遍历到目标量子操作的操作指令时，更新可达性列表，之后继续遍历第一指令列表以查找目标量子操作的其他操作指令，继续更新可达性列表，直至第一指令列表遍历完成，此时可以基于得到的可达性列表进行第一量子电路的分类，以确定第一量子电路的可编译性。
[0079]
步骤s103：基于所述可达性列表对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少于所述第一量子电路的量子比特数量。
[0080]
具体地，如果一个量子电路中，至少存在两个量子比特q0和q1，其中q1到q0是不可达的，则可以首先将量子比特q0上的所有量子操作执行完，并将量子比特q0测量后进行重置，将量子比特q1上的所有操作转移至该重置操作后的量子比特位(即原来的量子比特q0)上进行，且整个量子电路中各操作执行的逻辑顺序不会受到影响，因此这样的量子电路是可编译的。反之如果一个量子电路中的任意两个量子比特之间均是可互达的，则不能在任意两个量子比特间进行上述操作，而不影响整个电路执行的逻辑顺序，因此这样的电路是不可编译的。
[0081]
本实施例中，在获取到可达性列表之后，可以确定第一量子电路中任意两个量子比特之间是否可互达，从而确定第一量子电路是否可以被等效编译为第二量子电路。
[0082]
在一可选实施方式中，可以根据计算可达性列表中可达集合中的元素数量来进行量子电路的可编译性判定。在可达性列表中每个可达集合中的元素数量均为n为的情况下，则可以确定第一量子电路中任意两个量子比特之间均可互达，此时量子电路不可编译，在可达性列表中存在可达集合中的元素数量小于n的情况下，则可以确定第一量子电路中存在两个量子比特之间不可达，此时量子电路可编译。
[0083]
在另一可选实施方式中，可以根据可达性列表中可达集合中的元素值来进行量子电路的可编译性判定。若可达性列表中可达集合中的各元素值表征任意两个量子比特之间均是可达的，则可以确定第一量子电路中任意两个量子比特之间均可互达，此时量子电路不可编译，反之，量子电路可编译。
[0084]
例如，如图10所示，在上半部分所示的量子电路中，量子位2的量子比特到量子位0的量子比特是不可达的，从而可以将在量子位0的量子比特的测量操作后加入一个重置操作，并将量子位2的量子比特上的操作转移到重置后的量子比特上进行。优化编译后的动态量子电路(如图10所示的下半部分量子电路)与原始量子电路是完全等效的，但使用的量子比特数减少了一个。
[0085]
可以理解的是，上述第二量子电路并非特定的量子电路，本公开通过采用第二量子电路的表述是为了说明在对第一量子电路进行等效编译之后，得到的量子电路的量子比特数量少于第一量子比特的数量。即不同的第一量子电路进行等效编译之后可以得到不同的第二量子电路。
[0086]
本实施例中，通过获取第一量子电路的第一指令列表；在对所述第一指令列表遍历过程中遍历到指示目标量子操作的操作指令的情况下，基于所述目标量子操作涉及的量子位列表更新所述第一量子电路的可达性列表；基于所述可达性列表对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别。如此，可以确定所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，进而有利于后续基于分类结果对第一量子电路进行优化编译，以显著减少大规模量子算法所需的量子比特数，从而在经典计算机上对这些大规模量子算法进行模拟。
[0087]
同时，由于基于不同架构设计的量子计算机所能提供的量子比特数与各类操作的实现能力也不同。例如，对于相干时间较短，但易于扩展量子比特数的超导量子计算机，更适合运行宽度较大、深度较小的静态量子电路；而对于相干时间较长，但扩展性相对较差的离子阱架构的量子计算机，则更适合运行宽度较小、深度较大的动态量子电路。因此，通过采用公开提供的方法判断第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，并基于判断结果对第一量子电路进行优化编译之后，可以根据实际硬件条件灵活地选取优化编译后的量子电路所需的电路方案。
[0088]
而且，通过检索输入量子电路中量子操作涉及的量子位数量，利用目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系，来触发可达性列表的更新，使得第一量子电路不仅考虑了双量子比特门，还考虑了多量子比特门以及经典控制量子门对量子比特的可达性的影响，使得支持的输入量子电路的范围比较广。
[0089]
可选的，在所述量子位列表中量子位数量大于2的情况下，所述目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系包括以下至少一项：
[0090]
所述目标量子操作作用后所述第一量子电路中到所述量子位列表中每个量子位可达的集合是：所述目标量子操作作用前所述第一量子电路中到所述量子位列表中各量子位可达的集合的并集；
[0091]
所述目标量子操作作用后所述第一量子电路中到所述量子位列表中一量子位可达的集合包括：所述目标量子操作作用前所述第一量子电路中到所述量子位列表中另一量子位可达的集合。
[0092]
本实施方式中，在遍历到多量子比特门的情况下，可以利用多量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系，和/或，利用双量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系，来进行可达性列表的更新，如此，可以进行可达性列表的确定方案的灵活设计。
[0093]
比如，若方案设计更倾向于简化复杂度，则可以利用多量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系，来进行可达性列表的更新。若方案设计更倾向于简单实现，则可以利
用双量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系，来进行可达性列表的更新。
[0094]
可选的，所述可达性列表包括所述n个量子比特一一对应的n个第一可达集合，所述第一可达集合指示所述第一量子电路中可达所述第一可达集合对应量子比特的各量子比特，所述步骤s102具体包括：
[0095]
将所述目标量子操作涉及的量子位列表中各量子位对应的所述第一可达集合进行并集运算；
[0096]
将所述可达性列表中所述目标量子操作涉及的量子位列表中各量子位对应的所述第一可达集合更新为所述并集运算后得到的集合。
[0097]
本实施方式是利用多量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新。
[0098]
利用一个量子电路中所有量子比特之间的可达性关系可以判断该量子电路是否可编译，可以通过一个可达性列表reachability_list记录一个量子电路中所有量子比特的可达性集合，列表的长度与量子电路宽度width相同，其中每个元素对应量子电路中与其索引相同的量子比特。
[0099]
reachability_list中的每一个元素为一个集合，称为其对应量子比特的可达性集合reachability_set。列表中对应量子比特i的可达性集合中记录着所有可达量子比特i的量子比特的索引。例如，量子位0的量子比特对应的可达性集合为{0,1,2}，则表明电路中，从量子位0，1，2的量子比特出发均可达量子位0的量子比特。
[0100]
同时，由于多量子比特门、双量子比特门或经典控制量子门可以建立与传递量子比特间的可达性关系，而单量子比特操作则不会影响可达性关系。因此可以按照执行的时间顺序遍历量子电路中的所有操作指令，如果是单量子比特操作则跳过，如果是多量子比特门、双量子比特或经典控制量子门，则根据量子比特间的可达性建立与传递关系，对reachability_list逐步进行更新。
[0101]
当整个量子电路中的所有操作指令遍历完成后，再检查是否任意两个量子比特间均是可达的，从而判断电路的可编译性。如果所有量子比特的reachability_set中的元素个数均等于总的电路宽度width，则说明从电路中任意两个量子比特均是可互达的，电路不可编译；而如果某个量子比特的reachability_set中的元素个数小于width，则说明电路中存在不可达该量子比特的其它量子比特，因而电路是可编译的。
[0102]
利用多量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新的具体过程如下：
[0103]
输入：量子电路对应的指令列表circuit_list；量子电路宽度width；
[0104]
输出：对该量子电路可编译的判断结果true/false。
[0105]
步骤1：初始化一个包含width个元素的列表reachability_list，其中每个元素的初始值均为一个空集合；
[0106]
步骤2：通过循环遍历reachability_list列表，设当前遍历到的元素reachability_set为列表中的第i个元素(i∈{0,1,
…
,width-1})；将i的值添加到当前遍历到的元素reachability_set中；
[0107]
步骤3：通过循环遍历circuit_list列表，每遍历到一个元素gate，创建一个空列表qubits，并基于当前遍历到的元素gate进行判断：
[0108]
如果gate为单量子比特操作(单量子比特门，测量操作或重置操作)且gate作用的条件condition等于none，则继续遍历下一元素；
[0109]
如果gate作用的量子比特which_qubit列表的长度大于1或gate作用的条件condition不等于none，将gate作用的量子比特which_qubit列表赋值给qubits列表(即量子位列表)；如果gate作用的条件condition不等于none，则将condition添加到qubits列表的末尾，否则不进行操作；
[0110]
在得到qubits列表的情况下，创建一个空集合union_set，随后通过循环遍历qubits列表，假设当前遍历的元素为qubit，进行集合运算union_set＝union_set∪reachability_list[qubit]；
[0111]
在qubits列表遍历完成的情况下，再次通过循环遍历qubits列表，设当前遍历到的元素为qubit，将union_set的值赋给reachability_list[qubit]；
[0112]
步骤4：遍历circuit_list列表完成后，检查reachability_list中所有集合包含的元素个数是否均等于电路宽度width，如果是，则该电路不可编译，返回false；反之则返回true。
[0113]
如此，可以以较小复杂度实现第一量子电路的可达性列表的更新。
[0114]
利用reachability_set来存储可达某个量子比特的所有量子比特。除了这种存储方式外，也可以用每个reachability_set记录从该可达性集合对应的量子比特出发，所有可达的量子比特的标号。例如量子位0的量子比特对应的reachability_set＝{0,1,3}，则表明量子位0的量子比特到量子位0，1，3的量子比特均是可达的。可选的，所述可达性列表包括n个量子比特一一对应的n个第二可达集合，所述第二可达集合指示所述第一量子电路中从所述第二可达集合对应量子比特出发可达的各量子比特，所述步骤s102具体包括：
[0115]
对所述量子位列表进行两两组合运算，得到m个组合量子对，m为正整数；
[0116]
针对每个所述组合量子对，将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的所述第二可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的所述第二可达集合，所述组合量子对包括所述第一量子位和所述第二量子位。
[0117]
本实施方式中，是利用双量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新，其具体过程如下：
[0118]
输入：量子电路对应的指令列表circuit_list，量子电路宽度width；
[0119]
输出：对该量子电路可编译的判断结果true/false。
[0120]
步骤1：初始化一个包含width个元素的列表reachability_list，其中每个元素的初始值均为一个空集合；
[0121]
步骤2：通过循环遍历reachability_list列表，设当前遍历到的元素reachability_set为列表中的第i个元素(i∈{0,1,
…
,width-1})；将i的值添加到当前遍历到的元素reachability_set中；
[0122]
步骤3：通过循环遍历circuit_list列表，每遍历到一个元素gate，创建一个空列表qubits，并基于当前遍历到的元素gate进行判断：
[0123]
如果gate为单量子比特操作(单量子比特门，测量操作或重置操作)且gate作用的条件condition等于none，则继续遍历下一元素；
[0124]
如果gate作用的量子比特which_qubit列表的长度大于1或gate作用的条件
condition不等于none，将gate为作用的量子比特which_qubit列表赋值给qubits列表；如果gate作用的条件condition不等于none，则将condition添加到qubits列表的末尾，否则不进行操作；
[0125]
初始化一个空列表pairs，随后对qubits列表中的元素进行组合，即从qubits的所有元素中取出两个不重复元素作为一组，将得到的所有结果存入pairs列表中；
[0126]
通过循环遍历pairs列表，假设当前遍历到的元素为pair；记pair的两个元素分别为qubit_0和qubit_1；将qubit_0添加到reachability_list[qubit_1]集合中；将qubit_1添加到reachability_list[qubit_0]集合中；
[0127]
通过循环遍历reachability_list列表，假设当前遍历到的元素reachability_set为列表中的第i个元素(i∈{0,1,
…
,width-1})：如果qubit_0的值包含在当前元素reachability_set中，则将qubit_1的值添加到当前元素reachability_set中；如果qubit_1的值包含在当前元素reachability_set中，则将qubit_0的值添加到当前元素reachability_set中；
[0128]
步骤4：遍历circuit_list列表完成后，检查reachability_list中所有集合包含的元素个数是否均等于电路宽度width，如果是，则该电路不可编译，返回false；反之则返回true。
[0129]
如此，可以利用双量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新，方案更加简单。
[0130]
由于通过各量子比特可达的量子比特的个数来判断电路的可编译性，因此实现过程中可以选择用一个集合reachability_set来存储某个量子比特的可达性信息，以避免重复。
[0131]
在实现过程中，可以将qubits列表中的n量子比特门的可达性归约至个双量子比特门进行处理。例如某个多量子比特门作用在量子比特1,2,3上，即qubits＝[1，2，3]，而进行排列组合后的pairs列表则为：pairs＝[(1，2)，(1，3)，(2，3)]，随后分别按照双量子比特门对量子比特可达性的传递关系更新reachability_list列表。
[0132]
由于可达性信息的存储方式不同，因此利用多量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新，以及利用多量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新的算法复杂度也存在差异。
[0133]
设输入量子电路指令列表包含p个非单量子比特操作指令，且电路中最多包含n量子比特门，而电路宽度为w。则利用多量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新算法中，在对circuit_list遍历的过程中嵌套了一层针对qubits列表的循环，由于电路中最多包含n量子比特门，因此qubits列表的最长长度为n。而循环的最内层操作为集合的并集运算，对于长度为n和m的两个集合，求其并集的时间复杂度为o(n+m)，而每个reachability_set至多包含w个元素，因此算法的整体复杂度为o(p
×n×
w)。
[0134]
而利用双量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新算法中，在对circuit_list遍历的过程中嵌套了一层针对pairs列表的循环，由于电路中最多包含n量子比特门，因此qubits列表的最长长度为n，而其元素进行组合后得到的pairs列表的长度为n(n-1)/2。同时，在pairs列表的循环内还嵌套了一层对reachability_
list的循环，而reachability_list列表的长度为w，因此算法的整体时间复杂度为o(p
×
n2×
w)，显然利用多量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新算法在复杂度上优于利用双量子比特门对于量子比特间可达性的传递关系来进行可达性列表的更新算法。
[0135]
可选地，所述将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的所述第二可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的所述第二可达集合之后，还包括：
[0136]
对所述可达性列表进行针对所述第二可达集合的遍历；
[0137]
在遍历到目标可达集合，且所述组合量子对不包括所述目标可达集合对应量子比特的量子位的情况下，将所述组合量子对中其中之一的量子位添加至所述目标可达集合中，所述目标可达集合包括所述组合量子对中其中另一的量子位。
[0138]
本实施方式中，在量子电路中，存在一些量子比特对，虽然二者并非直接通过一个双量子比特门连接，但二者之间同样存在可达性，例如，请参见图5，量子位0的量子比特与量子位2的量子比特之间不存在建立二者可达性的双量子比特门，但是，量子位0的量子比特到量子位2为可达的。
[0139]
具体地，量子比特间的可达性可以通过双量子比特门传递。设在电路执行中的某个时间点，集合{qi}中的所有量子比特到量子位q0的量子比特均是可达的，而集合{qj}中的所有量子比特到量子位q1的量子比特均是可达的，同时在该时间点上，量子位q0的量子比特和量子位q1的量子比特之间通过双量子比特门建立了可达性，且量子位q0的量子比特和量子位q1的量子比特之间可互达，则此时间点后，集合{qi}中的所有量子比特到量子位q1的量子比特均是可达的，而集合{qj}中的所有量子比特到量子位q0的量子比特也均是可达的。
[0140]
例如，如图8所示，在量子位1的量子比特和量子位2的量子比特的cnot门执行前，到量子位1的量子比特可达的集合为{0}，而到量子位2的量子比特可达的集合为{3}，而该cnot门在量子位1的量子比特和量子位2的量子比特之间建立了可达性，且量子位1的量子比特和量子位2的量子比特之间可互达，此后量子位0的量子比特可沿目标连接路径2到达量子位2的量子比特，因此，量子位0的量子比特至量子位2的量子比特是可达的。而量子位3的量子比特可通过目标连接路径3到达量子位1的量子比特，因此，量子位3的量子比特至量子位1的量子比特是可达的。
[0141]
基于此，在本公开一个实施例中，在将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的可达集合之后。还可以通过对所述可达性列表进行针对可达集合的遍历，以进一步挖掘量子比特之间的可达性关系。
[0142]
其中，在遍历到目标可达集合，且所述双量子比特门操作的指令所作用的量子位不包括所述目标可达集合对应的量子比特的量子位的情况下，将遍历到的所述双量子比特门操作的指令所作用的量子位中其中之一的量子位添加至所述目标可达集合中，所述目标可达集合包括：所述双量子比特门操作的指令所作用的量子位中其中另一的量子位。
[0143]
例如，所述双量子比特门操作作用的量子位分别为ctrl和targ，当遍历到目标可达集合reachability_set时，如果ctrl的值包含在reachability_set集合中，且targ的值与reachability_set所对应的量子位i不相等，则可以在reachability_set中添加targ的
值。相应地，如果targ的值包含在reachability_set集合中，且ctrl的值与i不相等，则在reachability_set中添加ctrl的值。如此，可以进一步丰富所述可达性列表中的可达性关系。
[0144]
本实施例中，在将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的可达集合之后，通过进一步对所述可达性列表进行针对可达集合的遍历，以进一步挖掘量子比特之间的可达性关系，从而可以进一步丰富所述可达性列表中的可达性关系。
[0145]
可选的，所述步骤s103具体包括：
[0146]
在所述可达性列表指示所述n个量子比特中每两个量子比特均可互达的情况下，确定所述目标类别为第一类别，所述第一类别指示所述第一量子电路不可编译；
[0147]
在所述可达性列表指示所述n个量子比特中存在两个量子比特之间不可达的情况下，确定所述目标类别为第二类别，所述第二类别指示所述第二量子电路可编译。
[0148]
本实施方式中，在得到可达性列表之后，可以通过判断n个量子比特中每两个量子比特是否均可互达，若是，则确定第一量子电路为第一类别，若否，则确定第一量子电路为第二类别，从而实现第一量子电路的分类过程。
[0149]
第二实施例
[0150]
请参见图11，图11为本公开实施例提供的一种量子电路的分类装置1100的结构示意图，所述量子电路的分类装置1100，包括：
[0151]
获取模块1101，用于获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路包括n个量子比特，所述n为大于1的整数；
[0152]
更新模块1102，用于在对所述第一指令列表遍历过程中遍历到指示目标量子操作的操作指令的情况下，基于所述目标量子操作涉及的量子位列表，利用所述目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系，更新所述第一量子电路的可达性列表，所述可达性列表用于表征每个量子比特与所述n个量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述目标量子操作涉及的每个量子位对应量子比特至少与所述量子位列表对应量子比特之间存在所述目标连接路径，所述目标连接路径包括以下至少一项：沿着一量子比特的量子态时间演化方向的连接路径，和，两个量子比特的量子态平行时间演化方向上的连接路径，所述目标量子操作涉及的量子位列表中量子位数量大于1；
[0153]
分类模块1103，用于基于所述可达性列表对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少于所述第一量子电路的量子比特数量。
[0154]
可选的，在所述量子位列表中量子位数量大于2的情况下，所述目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系包括以下至少一项：
[0155]
所述目标量子操作作用后所述第一量子电路中到所述量子位列表中每个量子位可达的集合是：所述目标量子操作作用前所述第一量子电路中到所述量子位列表中各量子位可达的集合的并集；
[0156]
所述目标量子操作作用后所述第一量子电路中到所述量子位列表中一量子位可
达的集合包括：所述目标量子操作作用前所述第一量子电路中到所述量子位列表中另一量子位可达的集合。
[0157]
可选的，所述可达性列表包括所述n个量子比特一一对应的n个第一可达集合，所述第一可达集合指示所述第一量子电路中可达所述第一可达集合对应量子比特的各量子比特，所述更新模块1102，具体用于：
[0158]
将所述目标量子操作涉及的量子位列表中各量子位对应的所述第一可达集合进行并集运算；
[0159]
将所述可达性列表中所述目标量子操作涉及的量子位列表中各量子位对应的所述第一可达集合更新为所述并集运算后得到的集合。
[0160]
可选的，所述可达性列表包括n个量子比特一一对应的n个第二可达集合，所述第二可达集合指示所述第一量子电路中从所述第二可达集合对应量子比特出发可达的各量子比特，所述更新模块1102，具体用于：
[0161]
对所述量子位列表进行两两组合运算，得到m个组合量子对，m为正整数；
[0162]
针对每个所述组合量子对，将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的所述第二可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的所述第二可达集合，所述组合量子对包括所述第一量子位和所述第二量子位。
[0163]
可选的，所述更新模块1102还用于：
[0164]
对所述可达性列表进行针对所述第二可达集合的遍历；
[0165]
在遍历到目标可达集合，且所述组合量子对不包括所述目标可达集合对应量子比特的量子位的情况下，将所述组合量子对中其中之一的量子位添加至所述目标可达集合中，所述目标可达集合包括所述组合量子对中其中另一的量子位。
[0166]
可选的，所述分类模块1103，具体用于：
[0167]
在所述可达性列表指示所述n个量子比特中每两个量子比特均可互达的情况下，确定所述目标类别为第一类别，所述第一类别指示所述第一量子电路不可编译；
[0168]
在所述可达性列表指示所述n个量子比特中存在两个量子比特之间不可达的情况下，确定所述目标类别为第二类别，所述第二类别指示所述第二量子电路可编译。
[0169]
本公开提供的量子电路的分类装置1100能够实现量子电路的分类方法实施例实现的各个过程，且能够达到相同的有益效果，为避免重复，这里不再赘述。
[0170]
本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的收集、存储、使用、加工、传输、提供和公开等处理，均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。
[0171]
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储介质和一种计算机程序产品。
[0172]
图12示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。
[0173]
如图12所示，设备1200包括计算单元1201，其可以根据存储在只读存储器(rom)
1202中的计算机程序或者从存储单元1208加载到随机访问存储器(ram)1203中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 1203中，还可存储设备1200操作所需的各种程序和数据。计算单元1201、rom 1202以及ram 1203通过总线1204彼此相连。输入/输出(i/o)接口1205也连接至总线1204。
[0174]
设备1200中的多个部件连接至i/o接口1205，包括：输入单元1206，例如键盘、鼠标等；输出单元1207，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元1208，例如磁盘、光盘等；以及通信单元1209，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元1209允许设备1200通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0175]
计算单元1201可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元1201的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元1201执行上文所描述的各个方法和处理，例如量子电路的分类方法。例如，在一些实施例中，量子电路的分类方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元1208。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 1202和/或通信单元1209而被载入和/或安装到设备1200上。当计算机程序加载到ram 1203并由计算单元1201执行时，可以执行上文描述的量子电路的分类方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元1201可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行量子电路的分类方法。
[0176]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0177]
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0178]
在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0179]
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0180]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)和互联网。
[0181]
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
[0182]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0183]
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

技术特征：
1.一种量子电路的分类方法，包括：获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路包括n个量子比特，所述n为大于1的整数；在对所述第一指令列表遍历过程中遍历到指示目标量子操作的操作指令的情况下，基于所述目标量子操作涉及的量子位列表，利用所述目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系，更新所述第一量子电路的可达性列表，所述可达性列表用于表征每个量子比特与所述n个量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述目标量子操作涉及的每个量子位对应量子比特至少与所述量子位列表对应量子比特之间存在所述目标连接路径，所述目标连接路径包括以下至少一项：沿着一量子比特的量子态时间演化方向的连接路径，和，两个量子比特的量子态平行时间演化方向上的连接路径，所述目标量子操作涉及的量子位列表中量子位数量大于1；基于所述可达性列表对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少于所述第一量子电路的量子比特数量。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述量子位列表中量子位数量大于2的情况下，所述目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系包括以下至少一项：所述目标量子操作作用后所述第一量子电路中到所述量子位列表中每个量子位可达的集合是：所述目标量子操作作用前所述第一量子电路中到所述量子位列表中各量子位可达的集合的并集；所述目标量子操作作用后所述第一量子电路中到所述量子位列表中一量子位可达的集合包括：所述目标量子操作作用前所述第一量子电路中到所述量子位列表中另一量子位可达的集合。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可达性列表包括所述n个量子比特一一对应的n个第一可达集合，所述第一可达集合指示所述第一量子电路中可达所述第一可达集合对应量子比特的各量子比特，所述基于所述目标量子操作涉及的量子位列表更新所述第一量子电路的可达性列表，包括：将所述目标量子操作涉及的量子位列表中各量子位对应的所述第一可达集合进行并集运算；将所述可达性列表中所述目标量子操作涉及的量子位列表中各量子位对应的所述第一可达集合更新为所述并集运算后得到的集合。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可达性列表包括n个量子比特一一对应的n个第二可达集合，所述第二可达集合指示所述第一量子电路中从所述第二可达集合对应量子比特出发可达的各量子比特，所述基于所述目标量子操作涉及的量子位列表更新所述第一量子电路的可达性列表，包括：对所述量子位列表进行两两组合运算，得到m个组合量子对，m为正整数；针对每个所述组合量子对，将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的所述第二可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的所述第二可达集合，所述组合量子对包括所述第一量子位和所述第二量子位。
5.根据权利要求4所述的方法，所述将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的所述第二可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的所述第二可达集合之后，还包括：对所述可达性列表进行针对所述第二可达集合的遍历；在遍历到目标可达集合，且所述组合量子对不包括所述目标可达集合对应量子比特的量子位的情况下，将所述组合量子对中其中之一的量子位添加至所述目标可达集合中，所述目标可达集合包括所述组合量子对中其中另一的量子位。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述基于所述可达性列表对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，包括：在所述可达性列表指示所述n个量子比特中每两个量子比特均可互达的情况下，确定所述目标类别为第一类别，所述第一类别指示所述第一量子电路不可编译；在所述可达性列表指示所述n个量子比特中存在两个量子比特之间不可达的情况下，确定所述目标类别为第二类别，所述第二类别指示所述第二量子电路可编译。7.一种量子电路的分类装置，包括：获取模块，用于获取第一量子电路的第一指令列表，所述第一量子电路包括n个量子比特，所述n为大于1的整数；更新模块，用于在对所述第一指令列表遍历过程中遍历到指示目标量子操作的操作指令的情况下，基于所述目标量子操作涉及的量子位列表，利用所述目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系，更新所述第一量子电路的可达性列表，所述可达性列表用于表征每个量子比特与所述n个量子比特之间的可达性，所述可达性指示在所述第一量子电路中两个量子比特之间是否存在目标连接路径，所述目标量子操作涉及的每个量子位对应量子比特至少与所述量子位列表对应量子比特之间存在所述目标连接路径，所述目标连接路径包括以下至少一项：沿着一量子比特的量子态时间演化方向的连接路径，和，两个量子比特的量子态平行时间演化方向上的连接路径，所述目标量子操作涉及的量子位列表中量子位数量大于1；分类模块，用于基于所述可达性列表对所述第一量子电路进行分类，得到目标类别，所述目标类别指示所述第一量子电路的可编译性，所述可编译性用于表征所述第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，所述第二量子电路的量子比特数量少于所述第一量子电路的量子比特数量。8.根据权利要求7所述的装置，其中，在所述量子位列表中量子位数量大于2的情况下，所述目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系包括以下至少一项：所述目标量子操作作用后所述第一量子电路中到所述量子位列表中每个量子位可达的集合是：所述目标量子操作作用前所述第一量子电路中到所述量子位列表中各量子位可达的集合的并集；所述目标量子操作作用后所述第一量子电路中到所述量子位列表中一量子位可达的集合包括：所述目标量子操作作用前所述第一量子电路中到所述量子位列表中另一量子位可达的集合。9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述可达性列表包括所述n个量子比特一一对应的n个第一可达集合，所述第一可达集合指示所述第一量子电路中可达所述第一可达集合
对应量子比特的各量子比特，所述更新模块，具体用于：将所述目标量子操作涉及的量子位列表中各量子位对应的所述第一可达集合进行并集运算；将所述可达性列表中所述目标量子操作涉及的量子位列表中各量子位对应的所述第一可达集合更新为所述并集运算后得到的集合。10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述可达性列表包括n个量子比特一一对应的n个第二可达集合，所述第二可达集合指示所述第一量子电路中从所述第二可达集合对应量子比特出发可达的各量子比特，所述更新模块，具体用于：对所述量子位列表进行两两组合运算，得到m个组合量子对，m为正整数；针对每个所述组合量子对，将第二量子位添加至第一量子位对应量子比特的所述第二可达集合，以及将所述第一量子位添加至第二量子位对应量子比特的所述第二可达集合，所述组合量子对包括所述第一量子位和所述第二量子位。11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述更新模块还用于：对所述可达性列表进行针对所述第二可达集合的遍历；在遍历到目标可达集合，且所述组合量子对不包括所述目标可达集合对应量子比特的量子位的情况下，将所述组合量子对中其中之一的量子位添加至所述目标可达集合中，所述目标可达集合包括所述组合量子对中其中另一的量子位。12.根据权利要求7至11中任一项所述的装置，其中，所述分类模块，具体用于：在所述可达性列表指示所述n个量子比特中每两个量子比特均可互达的情况下，确定所述目标类别为第一类别，所述第一类别指示所述第一量子电路不可编译；在所述可达性列表指示所述n个量子比特中存在两个量子比特之间不可达的情况下，确定所述目标类别为第二类别，所述第二类别指示所述第二量子电路可编译。13.一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-6中任一项所述的方法。14.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-6中任一项所述的方法。15.一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-6中任一项所述的方法。

技术总结
本公开提供了一种量子电路的分类方法、装置、电子设备、介质和产品，涉及量子计算技术领域，具体涉及量子电路技术领域。具体实现方案为：获取第一量子电路的第一指令列表；在对第一指令列表遍历过程中遍历到指示目标量子操作的操作指令的情况下，基于目标量子操作涉及的量子位列表，利用目标量子操作对于量子比特间可达性的传递关系，更新第一量子电路的可达性列表；基于述可达性列表对第一量子电路进行分类，得到目标类别，目标类别指示第一量子电路的可编译性，可编译性用于表征第一量子电路是否可以等效编译为第二量子电路，第二量子电路的量子比特数量少于第一量子电路的量子比特数量。特数量。特数量。


技术研发人员：张慕男 方堃
受保护的技术使用者：北京百度网讯科技有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/8/14