基于超导量子计算体系的量子算法调度与量子门优化研究

作     者：陈鑫淼 

作者单位：中国电子科技集团公司电子科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：江波

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070201[理学-理论物理] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：量子计算 量子线路与量子门优化调度方法 优化调度算法 量子软件 

摘      要：作为一种新型计算机,量子计算机以其得天独厚的超高算力受到了各行各业的广泛关注。特别是超导量子计算机,以其量子线路参数的灵活性,更低的控制和读取的难度,更适合于工程化的独有优势成为量子计算的主流。本文设计并实现了一个基于超导量子计算体系的量子算法优化调度方法。本文设计的量子算法优化调度方法包含量子门和微波控制脉冲两个层面。在量子门的层面主要分为三个部分,分别是量子门分解、量子比特初始化和(2门的插入策略。在微波控制脉冲优化的层面上,本文使用基于梯度的方法对三能级体系下的微波控制脉冲进行优化,同时改进梯度优化的方法,将对脉冲序列的优化改进为对固定函数波形的参数优化。量子门分解成功地将逻辑上设计的量子门分解为量子芯片支持的基础门组,使得量子线路有了能在量子计算机上运行的条件。量子比特初始化完成了从逻辑上的量子比特到物理上的量子比特的映射,选择最优的量子比特保障了量子线路的可靠性与性能,基于启发式搜索的(2门插入策略极大幅度减少了由于插入(2门对量子线路性能和可靠性的影响,使量子线路的运行时间仅为优化前的1/2左右。微波控制脉冲的优化解决微波控制脉冲向高能级泄露的问题,提升了量子门的可靠性,优化固定波形的微波控制脉冲的改进策略大大降低了AWG生成微波控制脉冲的难度,从而缩小实际中生成的微波控制脉冲与理论上微波控制脉冲之间的差距,从工程方面提升了量子门的可靠性。