基于线路动态划分与门序重组的量子线路映射方法  

Quantum circuit mapping method based on dynamic circuit division and gate sequence recombination

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作  者:姜一博 陈子禄 程学云[1] 管致锦[1] JIANG Yibo;CHEN Zilu;CHENG Xueyun;GUAN Zhijin(School of Information Science and Technology,Nantong University,Nantong 226019,China)

机构地区:[1]南通大学信息科学技术学院,江苏南通226019

出  处:《量子电子学报》2025年第1期136-147,共12页Chinese Journal of Quantum Electronics

基  金:国家自然科学基金面上项目(62072259);南通大学博士启动基金(23B03);南通大学信息科学技术学院研究生科研与实践创新计划项目(NTUSISTPR24_04)。

摘  要:在噪声中等尺度量子(NISQ)时代,量子芯片中量子位的受限连接导致量子线路中双量子位门无法直接执行。因此,将逻辑量子线路映射至量子芯片并使双量子位门可直接执行具有重要意义。本文提出基于线路动态划分与门序重组的量子线路映射方法,并基于ZX演算对交换规则进行等价性验证。该方法将线路动态划分为三层,并在映射过程中于基准门后设置移动窗口,采取左贪心的移动方式通过交换规则重组门序,从而减少映射过程中附加门数量。实验结果表明,相比于现有映射方法,本文所提方法所需附加门数量更少,平均优化率为24%,最大优化率为46%。In the noisy intermediate scale quantum(NISQ)era,the restricted connectivity of qubits in quantum chip makes direct execution of dual quantum gates in quantum circuits impossible.Therefore,it is of great significance to map logical quantum circuits onto quantum chips and make double quantum gates directly executable.This paper proposes a quantum circuit mapping method based on dynamic division of circuits and recombination of gate sequences,and conducts an equivalence verification of swapping rules based on ZX-calculus.The method divides the circuit into three layers dynamically,sets a moving window behind the reference gate during the mapping process,and adopts a left-greedy movement method to reorganize the gate sequence through the exchange rules,thereby reducing the number of additional gates in the mapping process.Experimental results show that,compared with existing mapping methods,the method proposed in this work requires fewer additional gates,with an average optimization rate of 24%and a maximum optimization rate of 46%.

关 键 词:量子计算 量子映射 交换规则 等价性验证 代价优化 

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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