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NISQ设备的量子电路调度策略优化研究
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作者 李晖 卢凯 +3 位作者 韩子傲 鞠明媚 刘述娟 杜左强 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2024年第22期105-113,共9页
在嘈杂的中尺度量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)时代,调度是量子电路编译的关键步骤。传统调度策略未充分利用量子计算的并行性,忽略了层内操作的潜在并行优化。因此,设计了两种优化策略:拓扑层级调度策略(topological lay... 在嘈杂的中尺度量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)时代,调度是量子电路编译的关键步骤。传统调度策略未充分利用量子计算的并行性,忽略了层内操作的潜在并行优化。因此,设计了两种优化策略:拓扑层级调度策略(topological layered scheduling strategy,TLSS)和层内冲突优化策略(layerwise conflict optimization strategy,LCOS)。TLSS利用贪心算法和拓扑排序原理,在层结构中分配量子门,以最大化并行执行量子门操作的数量。LCOS在层内插入SWAP门并最小化冲突以提高并行度,优化整体计算效率。实验结果表明,在涉及4至22量子比特、平面拓扑结构以及双量子比特的平均寿命为67μs的特定环境下,TLSS与LCOS分别降低51.1%和53.2%的SWAP门数量,减少14.7%和15%的硬件门开销。由于量子电路的复杂性及层间时序关系的干扰,将两策略结合后SWAP门数量降低51.6%,硬件门开销减少14.8%。然而结果的适用性受到不同结构和硬件限制的影响。 展开更多
关键词 量子电路调度 拓扑层级调度策略(TLSS) 层内冲突优化策略(LCOS) nisq设备 量子电路编译
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A Survey of NISQ Era Hybrid Quantum-Classical Machine Learning Research
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作者 Gennaro De Luca 《Journal of Artificial Intelligence and Technology》 2022年第1期9-15,共7页
Quantum computing is a rapidly growing field that has received a significant amount of support in the past decade in industry and academia.Several physical quantum computers are now freely available to use through clo... Quantum computing is a rapidly growing field that has received a significant amount of support in the past decade in industry and academia.Several physical quantum computers are now freely available to use through cloud services,with some implementations supporting upwards of hundreds of qubits.These advances mark the beginning of the noisy intermediate-scale quantum(NISQ)era of quantum computing,paving the way for hybrid quantum-classical(HQC)systems.This work provides an introductory overview of gate-model quantum computing through the Visual IoT/Robotics Programming Language Environment and a survey of recent applications of NISQ era quantum computers to HQC machine learning. 展开更多
关键词 hybrid quantum-classical nisq era quantum computing quantum ML
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QTorch:基于独立的量子程序设计语言的量子-经典混合机器学习框架
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作者 陈文锦 《计算机工程与科学》 北大核心 2025年第3期412-421,共10页
近年来,量子计算系统在特定采样问题上展现出量子优势,标志着人类进入了含噪声中等规模量子NISQ时代。通过量子机器学习算法在具有实用意义的问题求解上展现量子优势,成为量子计算的一个热点问题。现有的量子-经典混合机器学习框架难以... 近年来,量子计算系统在特定采样问题上展现出量子优势,标志着人类进入了含噪声中等规模量子NISQ时代。通过量子机器学习算法在具有实用意义的问题求解上展现量子优势,成为量子计算的一个热点问题。现有的量子-经典混合机器学习框架难以支撑量子机器学习算法的高效描述和编译,严重影响了算法开发效率。针对这一现状,基于开源经典机器学习框架PyTorch和独立的量子程序设计语言,提出并实现了量子-经典混合机器学习框架QTorch,实现了面向真实量子硬件和量子-经典混合机器学习算法的自动微分技术,提出并实现了并行训练和参数替换优化2种时间性能优化技术,并通过多组实验证实了以上功能与优势,为量子-经典混合机器学习算法提供了高效的运行平台支持,促进了量子机器学习领域的发展。 展开更多
关键词 量子机器学习 变分量子线路 含噪声中等规模量子(nisq) 时间性能优化
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Distributed quantum circuit partitioning and optimization based on combined spectral clustering and search tree strategies
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作者 Zilu Chen Zhijin Guan +1 位作者 Shuxian Zhao Xueyun Cheng 《Chinese Physics B》 2025年第5期237-248,共12页
In the current noisy intermediate-scale quantum(NISQ)era,a single quantum processing unit(QPU)is insufficient to implement large-scale quantum algorithms;this has driven extensive research into distributed quantum com... In the current noisy intermediate-scale quantum(NISQ)era,a single quantum processing unit(QPU)is insufficient to implement large-scale quantum algorithms;this has driven extensive research into distributed quantum computing(DQC).DQC involves the cooperative operation of multiple QPUs but is concurrently challenged by excessive communication complexity.To address this issue,this paper proposes a quantum circuit partitioning method based on spectral clustering.The approach transforms quantum circuits into weighted graphs and,through computation of the Laplacian matrix and clustering techniques,identifies candidate partition schemes that minimize the total weight of the cut.Additionally,a global gate search tree strategy is introduced to meticulously explore opportunities for merged transfer of global gates,thereby minimizing the transmission cost of distributed quantum circuits and selecting the optimal partition scheme from the candidates.Finally,the proposed method is evaluated through various comparative experiments.The experimental results demonstrate that spectral clustering-based partitioning exhibits robust stability and efficiency in runtime in quantum circuits of different scales.In experiments involving the quantum Fourier transform algorithm and Revlib quantum circuits,the transmission cost achieved by the global gate search tree strategy is significantly optimized. 展开更多
关键词 nisq era distributed quantum computing quantum circuit partitioning transmission cost
原文传递
基于SVM的量子线路输出校准方法研究
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作者 李响 姜一博 +4 位作者 曹可欣 朱明强 程学云 朱鹏程 管致锦 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期357-366,共10页
当前噪声中尺度量子(NISQ)计算机由于受到各种噪声的影响,量子线路运行结果和理想结果之间存在误差,因此需要对量子线路的运行结果进行校准。基于量子线路可逆性的特点,收集正反向线路运行数据中的状态误差作为主要噪声特征,提出了基于... 当前噪声中尺度量子(NISQ)计算机由于受到各种噪声的影响,量子线路运行结果和理想结果之间存在误差,因此需要对量子线路的运行结果进行校准。基于量子线路可逆性的特点,收集正反向线路运行数据中的状态误差作为主要噪声特征,提出了基于支持向量机(SVM)集成策略的输出校准方法。通过支持向量机-递归特征消除(SVM-RFE)方法对噪声特征进行排序,去除过拟合的特征,从而得到更优的量子线路输出校准结果。实验结果表明,与基于优化映射的方法相比,所提基于SVM的方法使量子线路输出结果更接近于理想结果,与基于决策树集成分类模型(Qraft)相比,当CNOT量子线路的门数为60时,改善率达到43.94%。 展开更多
关键词 量子计算 nisq计算 噪声特征 支持向量机
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Noisy-intermediate-scale quantum power system state estimation
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作者 Fei Feng Peng Zhang +1 位作者 Yifan Zhou Yacov A.Shamash 《iEnergy》 2024年第3期135-141,共7页
Quantum power system state estimation(QPSSE)offers an inspiring direction for tackling the challenge of state estimation through quantum computing.Nevertheless,the current bottlenecks originate from the scarcity of pr... Quantum power system state estimation(QPSSE)offers an inspiring direction for tackling the challenge of state estimation through quantum computing.Nevertheless,the current bottlenecks originate from the scarcity of practical and scalable QPSSE methodologies in the noisy intermediate-scale quantum(NISQ)era.This paper devises a NISQ−QPSSE algorithm that facilitates state estimation on real NISQ devices.Our new contributions include:(1)A variational quantum circuit(VQC)-based QPSSE formulation that empowers QPSSE analysis utilizing shallow-depth quantum circuits;(2)A variational quantum linear solver(VQLS)-based QPSSE solver integrating QPSSE iterations with VQC optimization;(3)An advanced NISQ-compatible QPSSE methodology for tackling the measurement and coefficient matrix issues on real quantum computers;(4)A noise-resilient method to alleviate the detrimental effects of noise disturbances.The encouraging test results on the simulator and real-scale systems affirm the precision,universal-ity,and scalability of our QPSSE algorithm and demonstrate the vast potential of QPSSE in the thriving NISQ era. 展开更多
关键词 Quantum computing state estimation variational quantum linear solver noisy-intermediate-scale quantum(nisq)era
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一种面向含噪中尺度量子技术的量子-经典异构计算系统 被引量:3
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作者 付祥 郑宇真 +3 位作者 苏醒 于锦涛 徐炜遐 吴俊杰 《计算机研究与发展》 EI CSCD 北大核心 2021年第9期1875-1896,共22页
量子计算有望加速解决经典计算难以解决的问题,如质因子分解、量子化学模拟等.已有单个量子系统可集成大于50个含噪声的固态量子比特,并在特定的计算任务上超越了经典计算机,标志含噪中尺度量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ... 量子计算有望加速解决经典计算难以解决的问题,如质因子分解、量子化学模拟等.已有单个量子系统可集成大于50个含噪声的固态量子比特,并在特定的计算任务上超越了经典计算机,标志含噪中尺度量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)计算时代的到来.随着人们可在单个系统中集成越来越多的量子比特,如何将量子比特与控制硬件、软件开发环境、经典计算资源集成得到完整可用的量子计算系统,是一个有待进一步明确的问题.对比了量子计算与经典计算在控制及执行上的异同,并在此基础上提出了面向NISQ时代的量子-经典异构系统.以一个典型的NISQ算法(迭代相位估计算法)为例,介绍了量子算法从软件描述到硬件执行的整体流程,及与该过程相关的高级程序设计语言、编译器、量子软硬件接口和硬件等.在此基础上,讨论了流程中各个层次在NISQ时代面临的挑战.旨在从工程实现的视角,从宏观层面为读者(尤其是量子计算初学者)介绍量子计算系统,希望可以促进人们对NISQ时代下量子计算系统整体结构的理解,并激发更多相关研究. 展开更多
关键词 量子计算 量子程序设计语言 量子编译 量子计算体系结构 含噪中尺度量子
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