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Research on Optimization of Hierarchical Quantum Circuit Scheduling Strategy
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作者 Ziao Han Hui Li +2 位作者 Kai Lu Shujuan Liu Mingmei Ju 《Computers, Materials & Continua》 2025年第3期5097-5113,共17页
Traditional quantum circuit scheduling approaches underutilize the inherent parallelism of quantum computation in the Noisy Intermediate-Scale Quantum(NISQ)era,overlook the inter-layer operations can be further parall... Traditional quantum circuit scheduling approaches underutilize the inherent parallelism of quantum computation in the Noisy Intermediate-Scale Quantum(NISQ)era,overlook the inter-layer operations can be further parallelized.Based on this,two quantum circuit scheduling optimization approaches are designed and integrated into the quantum circuit compilation process.Firstly,we introduce the Layered Topology Scheduling Approach(LTSA),which employs a greedy algorithm and leverages the principles of topological sorting in graph theory.LTSA allocates quantum gates to a layered structure,maximizing the concurrent execution of quantum gate operations.Secondly,the Layerwise Conflict Resolution Approach(LCRA)is proposed.LCRA focuses on utilizing directly executable quantum gates within layers.Through the insertion of SWAP gates and conflict resolution checks,it minimizes conflicts and enhances parallelism,thereby optimizing the overall computational efficiency.Experimental findings indicate that LTSA and LCRA individually achieve a noteworthy reduction of 51.1%and 53.2%,respectively,in the number of inserted SWAP gates.Additionally,they contribute to a decrease in hardware gate overhead by 14.7%and 15%,respectively.Considering the intricate nature of quantum circuits and the temporal dependencies among different layers,the amalgamation of both approaches leads to a remarkable 51.6%reduction in inserted SWAP gates and a 14.8%decrease in hardware gate overhead.These results underscore the efficacy of the combined LTSA and LCRA in optimizing quantum circuit compilation. 展开更多
关键词 quantum circuit scheduling layered topology scheduling approach(LTSA) layerwise conflict resolu-tion approach(LCRA) quantum computing quantum circuit compilation
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分布式强化学习驱动的量子编译自动调优方法
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作者 刘毅 朱雨 +3 位作者 许瑾晨 杜启明 连航 涂政 《信息工程大学学报》 2025年第4期462-469,共8页
针对强化学习模型应用到量子编译自动调优领域开销大的问题,提出一种分布式强化学习(DRL)驱动的量子编译自动调优方法,通过将经验生成与智能体训练解耦,基于分布式集群实现了并行经验生成。该方法通过建立具有稠密奖励特性的量子编译马... 针对强化学习模型应用到量子编译自动调优领域开销大的问题,提出一种分布式强化学习(DRL)驱动的量子编译自动调优方法,通过将经验生成与智能体训练解耦,基于分布式集群实现了并行经验生成。该方法通过建立具有稠密奖励特性的量子编译马尔可夫决策过程(MDP)模型,设计经验生成与智能体训练的解耦机制,结合动态经验加载策略,在保证优化效果的同时提升训练效率。实验结果表明,分布式训练框架训练耗时减少54.6%;优化性能方面,智能体在测试集77.3%的量子线路上表现优于Qiskit-O3编译器,对未见过的Shor算法线路平均减少17.4%量子门数量。 展开更多
关键词 强化学习 分布式系统 深度Q网络 量子编译优化 量子编译自动调优
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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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量子计算系统软件研究综述 被引量:2
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作者 谢磊 翟季冬 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期1-18,共18页
量子计算理论上有望解决诸多经典难解问题,近年来量子计算机的快速发展正推动这一理论进入实践.然而,当前硬件中繁多的错误会造成计算结果出错,严重限制了量子计算机解决实际问题的能力.量子计算系统软件位于应用与硬件之间,充分挖掘系... 量子计算理论上有望解决诸多经典难解问题,近年来量子计算机的快速发展正推动这一理论进入实践.然而,当前硬件中繁多的错误会造成计算结果出错,严重限制了量子计算机解决实际问题的能力.量子计算系统软件位于应用与硬件之间,充分挖掘系统软件在硬件错误减缓方面的潜力,对于近期实现有实用价值的量子计算而言至关重要.由此,近期涌现了一批量子计算系统软件研究工作.将这些工作归纳入编译器、运行时系统和调试器3个范畴,通过对它们的分析总结,梳理量子计算系统软件的研究现状,揭示其在硬件错误减缓方面的重要作用.并对未来的研究方向进行展望. 展开更多
关键词 量子计算 系统软件 嘈杂中规模量子 编译 运行时 调试
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量子程序设计语言NDQJava处理系统 被引量:10
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作者 宋方敏 钱士钧 +2 位作者 戴静安 张云洁 徐家福 《软件学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第1期9-16,共8页
简要介绍了量子程序设计语言NDQJava的一个处理系统.其特点是:程序中经典部分之处理借助Java系统,着重考虑量子部分之处理.该处理系统遵循编译-解释的途径,由词法分析程序、语法分析与代码转换程序以及量子汇编与解释程序3部分组成.文... 简要介绍了量子程序设计语言NDQJava的一个处理系统.其特点是:程序中经典部分之处理借助Java系统,着重考虑量子部分之处理.该处理系统遵循编译-解释的途径,由词法分析程序、语法分析与代码转换程序以及量子汇编与解释程序3部分组成.文末还给出了示例,该系统已于2006年6月底在经典计算机上模拟实现. 展开更多
关键词 量子程序设计语言 编译 解释 模拟 词法分析程序 语法分析与代码转换程序 量子汇编与解释程序
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《等级大纲》与汉语教材生词的确定 被引量:12
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作者 李绍林 《汉语学习》 CSSCI 北大核心 2006年第5期54-59,共6页
本文结合《等级大纲》讨论编写汉语教材时确定生词的几个问题。这本大纲的词汇量明显不够,对教材编写的词汇选择和确定形成了一定的限制;大纲只计算词的数量,忽略词的义项,容易给教材编写者确认生词造成混乱。希望教材编写者能够合理地... 本文结合《等级大纲》讨论编写汉语教材时确定生词的几个问题。这本大纲的词汇量明显不够,对教材编写的词汇选择和确定形成了一定的限制;大纲只计算词的数量,忽略词的义项,容易给教材编写者确认生词造成混乱。希望教材编写者能够合理地使用《等级大纲》,更好地发挥大纲的作用,提升对外汉语教材的编写质量,有效地提高汉语词汇教学水平。 展开更多
关键词 等级大纲 教材编写 量化 词语重现
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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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基于FPGA的量子通信中经典信道的设计与实现 被引量:1
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作者 邓雄峰 刘震宇 +1 位作者 郑玉鳞 贺佳坤 《现代电子技术》 北大核心 2020年第9期33-36,40,共5页
为满足量子密钥分发中对经典信道的设计需求,设计了一种片上可编程系统+FPGA+PHY芯片的经典信道解决方案。在FPGA内部构建片上可编程系统,通过NiosⅡ运行NicheStack TCP/IP实现TCP通信协议,并使用三速以太网IP和物理层芯片Marvel 88E111... 为满足量子密钥分发中对经典信道的设计需求,设计了一种片上可编程系统+FPGA+PHY芯片的经典信道解决方案。在FPGA内部构建片上可编程系统,通过NiosⅡ运行NicheStack TCP/IP实现TCP通信协议,并使用三速以太网IP和物理层芯片Marvel 88E1111实现以太网控制器。指令处理器软件结构易于将基于FPGA的经典以太网信道与量子态信号处理算法相结合实现,对量子通信系统小型化和集成化都具有重要意义。该方案在StratixⅣ上进行了实现。测试结果表明,系统端数据接口速度可达1600 Mb/s,经典信道上行数据传输速度最高可达61 Mb/s,相较已有同类型设计提高了约20%的性能。 展开更多
关键词 经典信道 量子通信 量子密钥分发 编译器优化 系统集成 以太网控制器
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swJulia:面向新一代神威超级计算机的Julia语言编译系统
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作者 沈莉 周文浩 +5 位作者 王飞 李斌 谭坚 商红慧 安虹 漆锋滨 《软件学报》 2025年第12期5402-5422,共21页
随着异构融合体系结构在高性能计算领域的普及,挖掘其潜能并探索新的应用构建策略变得至关重要.传统的静态编译方法已无法满足复杂计算需求,动态编程语言因其灵活性和高效性而备受瞩目.Julia是一种现代的高性能动态编程语言,其基于即时... 随着异构融合体系结构在高性能计算领域的普及,挖掘其潜能并探索新的应用构建策略变得至关重要.传统的静态编译方法已无法满足复杂计算需求,动态编程语言因其灵活性和高效性而备受瞩目.Julia是一种现代的高性能动态编程语言,其基于即时编译机制,在科学计算等领域表现出色.结合申威异构众核架构特点,构建ORCJIT编译引擎并提出了动态模式下的片上存储管理方法,并以此为基础实现针对新一代神威超级计算机的Julia动态语言编译器swJulia.其不仅继承了Julia编译器的灵活性,同时还有效支持了SACA众核编程模型及运行时封装.利用swJulia编译系统,成功在新一代神威超级计算机上部署了NNQS-Transformer量子化学模拟器,并在多个维度验证了swJulia的好用性和高效性.实验结果显示,swJulia在单线程基准测试和众核加速上性能卓越,并能够有效支撑NNQS-Transformer量子化学模拟器的超大规模可扩展并行模拟. 展开更多
关键词 Julia编译器 神威超级计算机 动态链接 即时编译 量子化学模拟
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面向拔尖创新人才培养的教材编写创新与实践——以《量子力学》为例 被引量:3
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作者 郑海荣 李高峰 李贵安 《当代教师教育》 2020年第3期74-78,共5页
高质量创新性教材是培养拔尖创新本科人才的基础和前提。国家双语教学示范课程《量子力学》在建设和编写的过程中,进行了一系列的创新与实践:立足中国面向世界;关注文化传承,注重立德树人;吸纳最新科研成果,凸显与时俱进;挑战学生能力,... 高质量创新性教材是培养拔尖创新本科人才的基础和前提。国家双语教学示范课程《量子力学》在建设和编写的过程中,进行了一系列的创新与实践:立足中国面向世界;关注文化传承,注重立德树人;吸纳最新科研成果,凸显与时俱进;挑战学生能力,培养科学思维;以及科学引导学生在科研道路上勇往直前等。阐释了教材编写如何适应现代人才成长需求,培养科学精神与素养,实现立德树人根本目标。以期为编写面向拔尖创新理科人才的教材提供参考。 展开更多
关键词 教材编写 创新与实践 拔尖创新人才 量子力学
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Q|SI>:一个量子程序设计环境 被引量:2
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作者 刘树森 周立 +3 位作者 官极 贺旸 段润尧 应明生 《中国科学:信息科学》 CSCD 北大核心 2017年第10期1300-1315,共16页
本文介绍了作者设计并实现的一个量子程序设计环境:Q|SI>.Q|SI>是基于.net语言开发的支持量子while扩展语言的平台环境,它包括了一个支持量子while语言的编译器和一套支持量子计算模拟、量子电路优化、量子程序分析和量子程序验... 本文介绍了作者设计并实现的一个量子程序设计环境:Q|SI>.Q|SI>是基于.net语言开发的支持量子while扩展语言的平台环境,它包括了一个支持量子while语言的编译器和一套支持量子计算模拟、量子电路优化、量子程序分析和量子程序验证的工具.阐述了如何在经典计算机上通过平台的各个组件和概率算法来模拟量子行为.平台可扩展的架构允许用户在平台上自定义新的功能.同时,编译器是Q|SI>的核心,它内置的分解算法扩展了现阶段的量子硬件功能,使通用量子计算成为了可能,成为连接量子硬件和量子软件的桥梁. 展开更多
关键词 量子程序 量子编译 量子模拟 量子程序分析 量子程序验证
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超导量子计算云平台 被引量:2
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作者 于海峰 《物理》 CAS 北大核心 2023年第11期744-750,共7页
量子计算云平台将量子计算机以分时服务的形式通过互联网向用户开放,降低了量子计算资源的获取门槛,提高了量子计算资源的利用率,是连接量子计算科研机构和外界用户之间的纽带,对量子计算机的普及以及应用生态的培养起到了重要的推动作... 量子计算云平台将量子计算机以分时服务的形式通过互联网向用户开放,降低了量子计算资源的获取门槛,提高了量子计算资源的利用率,是连接量子计算科研机构和外界用户之间的纽带,对量子计算机的普及以及应用生态的培养起到了重要的推动作用,是未来量子计算机走向应用的一种重要且有效的运行形式。文章从超导量子计算云平台的概念、运行原理、组成部分、发展历史和现状、未来的发展趋势和困难等角度进行简要介绍,便于大家对这一新生事物有更多的了解。 展开更多
关键词 超导量子计算 量子计算云平台 量子编译器 量子体积 量子逻辑门
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