CN114912619A - 一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作*** - Google Patents

一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作*** Download PDF

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CN114912619A CN202110172741.8A CN202110172741A CN114912619A CN 114912619 A CN114912619 A CN 114912619A CN 202110172741 A CN202110172741 A CN 202110172741A CN 114912619 A CN114912619 A CN 114912619A
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Abstract

本申请属于量子计算领域，公开了一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作***，方法包括：获取量子芯片的当前拓扑结构；获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数之和小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。本申请能够提高量子芯片计算资源的利用效率，提高任务调度效率，提高量子计算效率。

Description

一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作***
技术领域
本申请属于量子计算领域，特别是一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作***。
背景技术
量子计算机是一类遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。当某个装置处理和计算的是量子信息，运行的是量子算法时，它就是量子计算机。量子计算机因其具有相对普通计算机更高效的处理数学问题的能力，例如，能将破解RSA密钥的时间从数百年加速到数小时，故成为一种正在研究中的关键技术。
目前的量子计算在进行任务调度的时候，只考虑量子计算任务的等待时间和完全可用的完整量子芯片，以先提交先运行的形式逐一调度任务给不被占用的量子芯片，这种调度方式，调度效率低，也浪费了量子芯片计算资源，影响量子计算效率。
发明内容
本申请的目的是提供一种量子计算任务调度方法、装置及量子计算机操作***，以解决现有技术中的不足，它能够提高量子芯片计算资源的利用效率，提高任务调度效率，提高量子计算效率。
本申请的一个方面提供了一种量子计算任务调度方法，所述方法包括：
获取量子芯片的当前拓扑结构；
获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数之和小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；
将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；
发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
如上所述量子计算任务调度方法，其中，可选的，所述将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路包括：
直接对各所述量子线路合并处理获得第一量子线路。
如上所述量子计算任务调度方法，其中，可选的，所述将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路包括：
对各所述量子线路优化处理；
对优化后的各所述量子线路优化处理进行合并处理获得第一量子线路。
如上所述量子计算任务调度方法，其中，可选的，所述对各所述量子线路优化处理，包括：
对各所述量子线路的简化优化、以及量子逻辑门分解优化之一或者其组合。
如上所述量子计算任务调度方法，其中，可选的，所述将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，还包括：
对合并后的各所述量子线路进行编译处理获得第一量子线路。
如上所述量子计算任务调度方法，其中，可选的，所述对各所述量子线路合并处理，包括：
根据所述量子芯片当前拓扑结构确定与各所述量子线路包含的量子比特对应的映射比特；
根据所述映射比特更新所述量子线路内的量子比特获得更新量子线路；
根据所述映射比特按时序整合各所述更新量子线路。
如上所述量子计算任务调度方法，其中，可选的，所述根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果，包括：
获得表示所述计算结果的量子态；
获取所述量子态获中各所述量子计算任务对应的映射比特所对应的子量子态；
获取各所述子量子态对应的概率作为对应所述量子计算任务的调度结果。
如上所述量子计算任务调度方法，其中，可选的，所述获得表示所述计算结果的量子态，包括：
确定各所述量子线路对应的所有映射比特的本征态；
获得各所述本征态对应的测量概率。
本申请的另一个方面提供了一种量子计算任务调度装置，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取量子芯片的当前拓扑结构；
第二获取模块，用于获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；
第一处理模块，用于将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；
第二处理模块，用于发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
本申请的再一个方面提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述任一项所述的方法。
本申请的再一个方面提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项所述的方法。
本申请的再一个方面提供了一种量子计算机操作***，所述量子计算机操作***根据上述任一项所述的量子计算任务调度方法实现所述量子计算任务的调度。
本申请的再一个方面提供了一种量子计算机，所述量子计算机包含上述的量子计算机操作***。
与现有技术相比，本申请在量子计算任务调度过程中，先获取量子芯片的当前拓扑结构；然后根据当前拓扑结构获取多个量子计算任务，并把将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，然后发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。整个过程中，基于量子芯片的当前拓扑结构确定当前可以被处理的量子计算任务，然后通过把各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，并一次性发送和执行第一量子线路进而一次性完成多个所述量子计算任务的调度处理，整体提高了量子芯片的计算资源的利用率，提高量子计算任务被调度的效率，共同提高了量子计算的计算效率。
附图说明
图1为本申请实施例提供的量子计算任务调度方法的计算机终端的硬件结构框图；
图2为本申请实施例提供的一种量子计算任务调度方法流程示意图；
图3.1为本申请的一个实施例的第一量子计算任务的量子线路示意图；
图3.2为本申请的一个实施例的第二量子计算任务的量子线路示意图；
图3.3为本申请的一个实施例的第三量子计算任务的量子线路示意图；
图4为本申请的一个实施例的第一量子线路示意图；
图5为本申请的另一实施例提供的一种量子计算任务调度装置。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本申请实施例首先提供了一种量子计算任务调度方法，该方法可以应用于电子设备，如计算机终端，具体如普通电脑、量子计算机等。
下面以运行在计算机终端上为例对其进行详细说明。图1为本申请实施例提供的一种量子计算任务调度方法的计算机终端的硬件结构框图。如图1所示，计算机终端可以包括一个或多个(图1中仅示出一个)处理器102(处理器102可以包括但不限于微处理器MCU或可编程逻辑器件FPGA等的处理装置)和用于存储数据的存储器104，可选地，上述计算机终端还可以包括用于通信功能的传输装置106以及输入输出设备108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述计算机终端的结构造成限定。例如，计算机终端还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。
存储器104可用于存储应用软件的软件程序以及模块，如本申请实施例中的量子计算任务调度方法对应的程序指令/模块，处理器102通过运行存储在存储器104内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储器104可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器104可进一步包括相对于处理器102远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至计算机终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
传输装置106用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括计算机终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，传输装置106包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输装置106可以为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
需要说明的是，真正的量子计算机是混合结构的，它包含两大部分：一部分是经典计算机，负责执行经典计算与控制；另一部分是量子设备，负责运行量子程序进而实现量子计算。而量子程序是由量子语言如QRunes语言编写的一串能够在量子计算机上运行的指令序列，实现了对量子逻辑门操作的支持，并最终实现量子计算。具体的说，量子程序就是一系列按照一定时序操作量子逻辑门的指令序列。
量子线路作为量子程序的一种体现方式，也称量子逻辑电路，是最常用的通用量子计算模型，表示在抽象概念下对于量子比特进行操作的线路，其组成包括量子比特、线路(时间线)，以及各种量子逻辑门，最后常需要通过量子测量操作将结果读取出来。
不同于传统电路是用金属线所连接以传递电压信号或电流信号，在量子线路中，线路可看成是由时间所连接，亦即量子比特的状态随着时间自然演化，在这过程中按照哈密顿运算符的指示，一直到遇上逻辑门而***作。
一个量子程序整体上对应有一条总的量子线路，本申请所述量子程序即指该条总的量子线路，其中，该总的量子线路中的量子比特总数与量子程序的量子比特总数相同。可以理解为：一个量子程序可以由量子线路、针对量子线路中量子比特的测量操作、保存测量结果的寄存器及控制流节点(跳转指令)组成，一条量子线路可以包含几十上百个甚至千上万个量子逻辑门操作。量子程序的执行过程，就是对所有的量子逻辑门按照一定时序执行的过程。需要说明的是，时序即单个量子逻辑门被执行的时间顺序。
需要说明的是，经典计算中，最基本的单元是比特，而最基本的控制模式是逻辑门，可以通过逻辑门的组合来达到控制电路的目的。类似地，处理量子比特的方式就是量子逻辑门。使用量子逻辑门，能够使量子态发生演化，量子逻辑门是构成量子线路的基础，量子逻辑门一般使用酉矩阵表示，而酉矩阵不仅是矩阵形式，也是一种操作和变换。量子逻辑门根据作用的量子比特数量定义。如作用在一个量子比特上的定义为单比特量子逻辑门，如常见的基础单量子比特逻辑门：Hadamard门(H门，阿达马门)、泡利-X门(X门)、泡利-Y门(Y门)、泡利-Z门(Z门)、RX门、RY门、RZ门等等；作用在两个量子比特上的定义为两比特量子逻辑门，如常见的基础两比特量子逻辑门，如CNOT门、CR门、CZ门、iSWAP门，基础两比特量子逻辑门对应的操作矩阵是4*4维的，同时操作矩阵内的元素数值确定，还有作用在两个量子比特上任意两量子比特逻辑门U，对应的操作矩阵是4*4维的，但是操作矩阵内的元素数值不确定，是程序人员按需设置的；多比特量子逻辑门如Toffoli门等等。
需要说明的是，量子芯片是以物理信号驱动量子比特工作而实现量子计算的硬件，量子芯片周边搭建的用于产生物理信号的设备与量子芯片包含的量子比特是严格匹配。量子芯片周边搭建的用于产生物理信号的设备与量子芯片作为物理硬件设备，在一时刻，只能被控制和驱动一次。现有的量子计算任务调度过程中，通常以任意的量子计算任务为单位，依次调度上述物理硬件设备实现该量自己计算机任务的计算。该过程，大大降低了量子计算任务被调度的效率，也不能确保量子芯片的计算资源的充分利用，进而影响量子计算的计算效率。
基于此，如图2所示的量子计算任务调度方法流程示意图，本申请的实施例提供的一种量子计算任务调度方法，所述方法包括：
S1，获取量子芯片当前拓扑结构；
具体的，量子芯片是量子计算机中执行量子计算的处理器，量子芯片包含的量子比特为处理器的处理单元。受制于量子芯片硬件制造技术的发展，量子芯片包含的量子比特数量的增加和利用是制约量子计算算力的因素之一，因此需要在量子计算任务调度中需要合理充分的调用量子芯片上的量子比特。
量子芯片的拓扑结构反映量子芯片上的量子比特的空间特点，此空间特点决定量子芯片作为计算资源的可被使用情况，量子比特的空间特点包括量子芯片包含的量子比特数量、位置、连接关系。
量子芯片当前拓扑结构反映量子芯片作为计算资源的当前可被使用情况，可以根据量子芯片上的量子比特可用情况确定。量子比特可用情况示例性的包括：量子比特的被占用情况、量子比特的保真度决定的是否可以使用的情况。
S2，获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数之和小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；
具体的，所述量子计算任务以量子线路表示，所述量子线路包含的量子比特数表示执行对应量子计算任务所需要的量子比特资源，可以根据各所述量子线路包含的量子比特数之和获得匹配所述量子芯片当前拓扑结构的量子计算任务，具体的，各所述量子计算任务需要的量子比特数之和小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数。
示例性的，各所述量子计算任务需要的量子比特数之和等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数，该示例性，能够实现量子芯片上的量子比特的充分利用。
S3，将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；
可在所述量子芯片上执行一方面需要满足量子芯片当前计算资源，由量子芯片当前拓扑结构所包含的量子比特数量决定；另一方面，需要满足量子线路所包含的量子逻辑门在量子芯片上量子比特的可实施，如量子线路所包含的一两量子逻辑门对应两个特征比特，两特征比特映射到量子芯片时的两映射比特比特之间要有边的连接，则该两量子逻辑门才可以直接在该量子芯片上可实施。可以直接在量子芯片上直接执行的量子逻辑门组成的量子线路为可执行量子线路。
S4，发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
具体的，量子计算机硬件即上述的量子芯片及量子芯片周边搭建的用于产生物理信号的设备。量子芯片执行量子计算的结果包含在量子比特的量子态中，故可以通过对量子比特的量子态的分析获得各所述量子计算任务的调度结果。
另，继续基于上述的“量子芯片周边搭建的用于产生物理信号的设备与量子芯片作为物理硬件设备，在一时刻，只能被控制和驱动一次”的特点，把将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，然后一次发送操作，把实现第一量子线路的指令信号施加在上述物理硬件设备上，控制和驱动上述物理硬件设备工作，即可实现第一量子线路的执行，即实现各所述量子计算任务的计算，整个过程通过多任务的同时调度大大提高了量子计算任务的调度效率。
本申请实施例通过以上步骤S1至步骤S4，提供了一种量子计算任务调度方法，包括：获取量子芯片的当前拓扑结构；获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数之和小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
整个过程中，基于量子芯片的当前拓扑结构确定当前可以被处理的量子计算任务，然后通过把各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，并一次性发送和执行第一量子线路进而一次性完成多个所述量子计算任务的调度处理，整体提高了量子芯片的计算资源的利用率，提高量子计算任务被调度的效率，共同提高了量子计算的计算效率。
如本申请实施例的一种实施方式，针对上述步骤S3中将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路的过程中，可以直接对各所述量子计算任务对应的量子线路直接进行合并处理，也可以对各所述量子计算任务对应的量子线路先进行优化处理，然后在进行合并处理。
上述的量子线路的优化处理，示例性的，量子线路的简化优化，以及量子逻辑门分解优化；示例性的，量子线路的简化优化可以实现量子线路中冗余量子逻辑门的去除；量子逻辑门分解优化包括但不限于量子线路中包括的多量子逻辑门、任意单量子逻辑门、任意两量子逻辑门的分解。
对各所述量子计算任务对应的量子线路的合并处理可为对各量子线路的顺序拼接合并处理，即，各所述量子计算任务对应的量子线路作为一个整体依次连接在一起；可以采用其他方式处理，如在本申请实施例的一种实施方式中，所述对各所述量子线路合并处理，包括：
根据所述量子芯片当前拓扑结构确定与各所述量子线路包含的量子比特对应的映射比特；根据所述映射比特更新所述量子线路内的量子比特获得更新量子线路；根据所述映射比特按时序整合各所述更新量子线路。可以理解的是，映射比特是所述量子芯片当前拓扑结构中的量子比特，即量子芯片上的量子比特。
示例性的，获取的3个量子计算任务，示例性的，如图3.1所示的第1个量子计算任务的量子线路H(q[0])、H(q[1])、CNOT(q[1],q[0])、H(q[2])、Measure(q[0])、Measure(q[1])、Measure(q[2])，图3.1中的符号
Figure BDA0002939357210000091
表示量子线路上的测量操作，后续将不再介绍。
如图3.2所示的第2个量子计算任务的量子线路H(q[0])、H(q[1])、CNOT(q[1],q[2])、Measure(q[0])、Measure(q[1])、Measure(q[2])。
如图3.3所示的第3个量子计算任务的量子线路H(q[0])、H(q[1])、CZ(q[0],q[2])、H(q[2])、Measure(q[0])、Measure(q[1])、Measure(q[2])。
则第1个量子计算任务的量子线路需要的比特数为3(即n1＝3)，第2个量子计算任务的量子线路需要的比特数为3(即n2＝3)，第3个量子计算任务的量子线路需要的比特数为3(即n3＝3)；设量子芯片的当前拓扑结构中包含9个量子比特。根据所述量子芯片当前拓扑结构确定与各所述量子线路包含的量子比特对应的映射比特，可以通过反映量子比特序号关系的映射关系表示，如下表：
Figure BDA0002939357210000092
Figure BDA0002939357210000101
此时，第1个量子计算任务的量子线路的q0、q1和q2对应的映射比特分别为Q0、Q1和Q2；第2个量子计算任务的量子线路的q0、q1和q2对应的映射比特分别为Q3、Q4和Q5；第3个量子计算任务的量子线路的q0、q1和q2对应的映射比特分别为为Q6、Q7和Q8；可知，量子计算任务的量子线路的量子比特和映射比特之间可以通过量子比特序号(即每个量子比特标识右下角的数值)建立一一对应关联，而诸如Q0、Q1等仅是用于区分量子比特的标识，本领域技术人员可以按需设置。
继续以图3.1、图3.2和图3.3为例，介绍根据所述映射比特更新所述量子线路内的量子比特获得更新量子线路的过程。
具体的，图3.1表示的第1个量子计算任务的量子线路的q0、q1和q2对应的映射比特分别为Q0、Q1和Q2，则图3.1表示的量子线路更新为H(Q[0])、H(Q[1])、CNOT(Q[1],Q[0])、H(Q[2])、Measure(Q[0])、Measure(Q[1])、Measure(Q[2])。
图3.2表示的第2个量子计算任务的量子线路的q0、q1和q2对应的映射比特分别为Q3、Q4和Q5，则图3.2表示的量子线路更新为H(Q[3])、H(Q[4])、CNOT(Q[4],Q[5])、Measure(Q[3])、Measure(Q[4])、Measure(Q[5])。
图3.3表示的第3个量子计算任务的量子线路的q0、q1和q2对应的映射比特分别为Q6、Q7和Q8，则图3.3表示的量子线路更新为H(Q[6])、H(Q[7])、CZ(Q[6],Q[8])、H(Q[8])、Measure(Q[6])、Measure(Q[7])、Measure(Q[8])。
然后根据所述映射比特按时序整合各所述更新量子线路，具体如下：
拼接各所述更新量子线路得到对应所有映射比特的总量子线路，并对所述总量子线路按时序调整完成按时序整合各所述更新量子线路。
示例性的：总量子线路如下：
H(Q[0])、H(Q[1])、CNOT(Q[1],Q[0])、H(Q[2])、Measure(Q[0])、Measure(Q[1])、Measure(Q[2])、H(Q[3])、H(Q[4])、CNOT(Q[4],Q[5])、Measure(Q[3])、Measure(Q[4])、Measure(Q[5])、H(Q[6])、H(Q[7])、CZ(Q[6],Q[8])、H(Q[8])、Measure(Q[6])、Measure(Q[7])、Measure(Q[8])。
对所述总量子线路按时序调整，是指把总量子线路中，时序一致的量子逻辑门按照映射比特序号依次放置，示例性的，按时序调整上述总量子线路得到的量子线路如下，对应图4所示：
H(Q[0])、H(Q[1])、H(Q[2])、H(Q[3])、H(Q[4])、H(Q[6])、H(Q[7])、CNOT(Q[1],Q[0])、CNOT(Q[4],Q[5])、CZ(Q[6],Q[8])、H(Q[8])、Measure(Q[0])、Measure(Q[1])、Measure(Q[2])、Measure(Q[3])、Measure(Q[4])、Measure(Q[5])、Measure(Q[6])、Measure(Q[7])、Measure(Q[8])。
需要说明的是，时序是指量子线路中量子逻辑门作用的顺序，由于量子比特运行的并行性，作用在不同量子比特上的量子逻辑门如若可以同时并行运行，则这些量子逻辑位于同一时序内。关于量子线路的时序更多信息可以参考中国专利申请号CN201911117541.1、申请日2019年11月15日、名称“量子线路的图形化显示方法、***、存储介质和电子装置”的说明书部分，在此不做详细展开。
作为本实施例的一种实施方式，所述将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，还包括：对合并后的各所述量子线路进行编译处理获得可在所述量子芯片上执行的第一量子线路。
具体的，可在所述量子芯片上执行一方面需要满足量子芯片当前计算资源，由量子芯片当前拓扑结构所包含的量子比特数量决定；另一方面，需要满足量子线路所包含的量子逻辑门在量子芯片上量子比特的可实施，如量子线路所包含的一两量子逻辑门对应两个特征比特，两特征比特映射到量子芯片时的两映射比特比特之间要有边的连接，则该两量子逻辑门才可以直接在该量子芯片上可实施，可以直接在量子芯片上直接执行的量子逻辑门组成的量子线路为可执行量子线路。
作为本实施例的一种实施方式，步骤S4所述的“发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果”是量子计算任务被执行以及结果分析阶段。其中，如上文所述量子计算任务的被执行是量子芯片以及量子芯片周边搭建的用于产生物理信号的设备的被驱动执行的过程，在此并不做详细展开。而关于根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果可以通过以下过程介绍。
S41，获得表示所述计算结果的量子态；
具体的，表示所述计算结果的量子态是所有映射比特的量子态，可以通过映射比特的本征态以及各所述本征态对应的振幅表示。
需要说明的是，量子计算结果需要通过统计测量获得，测量得到的为量子比特处于本征态的概率，而概率是振幅的平方。所以本申请获得表示所述计算结果的量子态需要确定各所述量子线路对应的所有映射比特的本征态，并获得各所述本征态对应的测量概率。
示例性的，针对实施例得到的第一量子线路，包括9个量子比特，分别为：Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8；对应的本征态共有29个，即512个，测量得到的各本征态的概率记为P，则该组映射比特的量子态初步表示为：
Figure BDA0002939357210000121
S42，获取所述量子态获中各所述量子计算任务对应的映射比特所对应的子量子态；
具体的，仍以第一量子计算任务为例，对应的映射比特为Q0、Q1、Q2，则对应的子量子态共有8个，即有23个，3为第一量子计算任务所需要的量子比特数量，分别为|XXXXXX000>、|XXXXXX001>、|XXXXXX010>、|XXXXXX011>、|XXXXXX100>、|XXXXXX101>、|XXXXXX110>、|XXXXXX111>；其中“X”表示0或1，每个子量子态包括64个本征态，即包含26个本征态，6为量子芯片对应其它量子计算任务的映射比特。
S43，获取各所述子量子态对应的概率作为对应所述量子计算任务的调度结果。
具体的，将各所述子量子态包含的所有所述本征态的概率之和作为该子量子态的概率；获取所述第一量子计算任务的所有子量子态的概率作为所述第一量子计算任务的调度结果。
通过步骤S41至步骤S41完成根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
如图5所示，本申请的另一实施例提供了一种量子计算任务调度装置，所述装置包括：
第一获取模块501，用于获取量子芯片的当前拓扑结构；
第二获取模块502，用于获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；
第一处理模块503，用于将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；
第二处理模块504，用于发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
本实施例能够基于量子芯片的当前拓扑结构确定当前可以被处理的量子计算任务，然后通过把各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，并一次性发送和执行第一量子线路进而一次性完成多个所述量子计算任务的调度处理，整体提高了量子芯片的计算资源的利用率，提高量子计算任务被调度的效率，共同提高了量子计算的计算效率。
本申请的另一实施例提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述上述任一项方法实施例中的步骤。
具体的，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
S101，获取量子芯片的当前拓扑结构；
S102，获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数之和小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；
S103，将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；
S104，发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
具体的，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本申请的另一实施例提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
具体的，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
具体的，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S101，获取量子芯片的当前拓扑结构；
S102，获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数之和小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；
S103，将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；
S104，发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
本申请的另一实施例提供了一种量子计算机操作***，所述量子计算机操纵系根据上述任一项方法实施例中所述的量子计算任务调度方法实现所述量子计算任务的调度。
本申请的另一实施例提供了一种量子计算机，所述量子计算机包含上述实施例所述的量子计算机操作***。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本申请的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本申请的较佳实施例，但本申请不以图面所示限定实施范围，凡是依照本申请的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本申请的保护范围内。

Claims (13)

1.一种量子计算任务调度方法，其特征在于，所述方法包括：
获取量子芯片的当前拓扑结构；
获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数之和小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；
将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；
发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
2.根据权利要求1所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路包括：
直接对各所述量子线路合并处理获得第一量子线路。
3.根据权利要求1所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路包括：
对各所述量子线路优化处理；
对优化后的各所述量子线路优化处理进行合并处理获得第一量子线路。
4.根据权利要求3所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述对各所述量子线路优化处理，包括：
对各所述量子线路的简化优化、以及量子逻辑门分解优化之一或者其组合。
5.根据权利要求2或3任一项所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，还包括：
对合并后的各所述量子线路进行编译处理获得第一量子线路。
6.根据权利要求2或3任一项所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述对各所述量子线路合并处理，包括：
根据所述量子芯片当前拓扑结构确定与各所述量子线路包含的量子比特对应的映射比特；
根据所述映射比特更新所述量子线路内的量子比特获得更新量子线路；
根据所述映射比特按时序整合各所述更新量子线路。
7.根据权利要求6所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果，包括：
获得表示所述计算结果的量子态；
获取所述量子态获中各所述量子计算任务对应的映射比特所对应的子量子态；
获取各所述子量子态对应的概率作为对应所述量子计算任务的调度结果。
8.根据权利要求7所述量子计算任务调度方法，其特征在于，所述获得表示所述计算结果的量子态，包括：
确定各所述量子线路对应的所有映射比特的本征态；
获得各所述本征态对应的测量概率。
9.一种量子计算任务调度装置，其特征在于，所述装置包括：
第一获取模块，用于获取量子芯片的当前拓扑结构；
第二获取模块，用于获取多个量子计算任务，其中：各所述量子计算任务需要的量子比特数小于等于所述量当前拓扑结构包含的量子比特数；
第一处理模块，用于将各所述量子计算任务对应的量子线路处理为一个第一量子线路，其中，所述第一量线路为可在所述量子芯片上执行的可执行量子线路；
第二处理模块，用于发送所述第一量子线路至量子计算机硬件实现各所述量子计算任务的计算，并根据计算结果获得各所述量子计算任务的调度结果。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至8任一项所述的方法。
11.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至8一项所述的方法。
12.一种量子计算机操作***，其特征在于，所述量子计算机操作***根据权利要求1至8任一项所述的量子计算任务调度方法实现所述量子计算任务的调度。
13.一种量子计算机，其特征在于，所述量子计算机包含权利要求12所述的量子计算机操作***。
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