1.一种分布式量子计算中传输代价的优化方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、存储模式建立
在对量子线路划分实现分布式量子计算时,首先选择合适的存储模式,存储模式直接影响子系统之间的传输代价,在每个分区中,需要一个或多个量子位来临时存储另一分区通过隐形传态传输过来的量子位,把这个量子位称为临时存储量子位,如图1所示,在对图6线路划分处理时,至少保证P1分区有一个临时存储量子位,即q'量子位,q'量子位接收q3和q5量子位的隐形传态;
S2、构建跨门合并传输模型
在以往的分布式量子计算工作中,具有公共量子位的多个连续的全局门通过一次隐形传态完成传输,这种传输方式称为合并传输,如图5所示的合并传输,G1、G2、G3三个门有共同的量子位 这三个门通过一次合并传输完成,隐形传态次数从3次降为1次;
对上述合并传输模型进行改进,在合并传输的基础上,连续的具有公共量子位的全局门之间出现间隔,但不影响计算结果的局部门或全局门,这些门通过一次隐形传态传输,把这种传输方式定义为跨门合并传输,把一组跨门合并传输的全局门中间隔的门定义为间隔门;
跨门合并传输有两种表示形态,如图2和图3,在量子逻辑量子线路中,一组二量子位门包括间隔门和具有公共量子位的全局门,且间隔门与后续所有的全局门满足互不影响关系,则这组门满足跨门合并传输;或者在量子逻辑量子线路中,一组二量子位门包括间隔门和具有公共量子位的全局门,且间隔门为局部门且占用的量子位和跨门合并传输的量子位不同,则这组门满足跨门合并传输;
S3、基于合并传输模型的传输代价优化算法
根据步骤S1的存储模式和步骤S2中跨门合并传输模型,提出了分布式线路隐形传态次数优化算法。
2.根据权利要求1所述的分布式量子计算中传输代价的优化方法,其特征在于,所述步骤S1中为最小化临时存储量子位数量,在极限情况下每个分区中的临时存储量子位有且仅有一个,在图1所示线路中,在P1与P2分区各有且仅有一个临时存储位q'和q”,将P1分区量子位向P2分区传输并存储至临时存储量子位q”,又将P2分区量子位向P1分区传输并存储至临时存储量子位q'。
3.根据权利要求1所述的分布式量子计算中传输代价的优化方法,其特征在于,所述步骤S1中,在存储模式下,子系统使用一个量子位来临时存储隐形传态后的量子位,由于不能长时间占用此量子位,在此量子位使用完毕后,将此量子位的状态重新传输返回至原系统,此过程消耗额外的隐形传态次数,最终线路的传输代价为隐形传态次数的两倍。
4.根据权利要求1所述的分布式量子计算中传输代价的优化方法,其特征在于,所述步骤S2中,如图2所示的跨门合并传输,全局门G1、G2、G4不连续,G3间隔门在G2、G4中,且G3、G4不满足门互不影响交换规则,此时G1、G2、G4的具有公共量子位 通过一次隐形传态到P2分区,隐形传态次数从合并传输两次降至跨门合并传输一次,跨门合并传输跨过的门不仅是在另一分区的局部门,对线路结果无影响的全局门加入到传输列表中,如图3所示,G1、G2、G3、G4全部为全局门,G3与G4为互不影响关系,满足交换规则,先将G3与G4交换位置,再通过合并传输将G1、G2和G4隐形传态;或借助跨门合并传输,将G1、G2、G4的 量子位隐形传态到P2分区,再对G3门的qin和qj1量子位隐形传态,在图3中,运用跨门合并传输,隐形传态次数从三次降为两次。
5.根据权利要求1所述的分布式量子计算中传输代价的优化方法,其特征在于,所述步骤S3中分布式线路隐形传态次数优化算法包括以下步骤:Stpe1:从左往右扫描线路,寻找第一个全局门;
Step2:以第一个全局门为起点继续向右扫描线路,如果下一门也是全局门,判断两门是否满足合并传输的条件,满足条件则这两个全局门合并传输;
Step3:以此继续向右扫描线路,如果下一个门不是全局门,则继续向右扫描,判断是否满足跨门合并传输条件,满足条件则这些门可跨门合并传输,以此继续向右扫描线路,直到下一个全局门无法合并传输,此时一次完整的合并传输完成;
Step4:从合并传输的最后一个门的下一个门开始,继续重复以上步骤。