含噪中型量子计算机的量子比特映射算法

来源：计算机工程与应用杂志2024年第24期北京时间：

作者：黄泓凯, 张雪松

单位：中国电子科学研究院，北京 100041

摘要：由于量子硬件约束，能够实现双量子比特门的物理量子比特对是有限的。大多数量子程序需要插入额外量子门，通过改变逻辑量子比特到物理量子比特的映射关系实现在含噪中型量子计算机上执行。为了提高量子线路初始映射质量，降低算法复杂度及运行时间，提出一种基于交换门的优化双向启发式搜索算法。利用最近邻策略筛选出交换门候选队列，通过改进启发式成本函数评估候选交换门，减少交换门搜索空间和附加门数。结合量子线路结构特性，使用反向遍历方法更新初始映射策略，提高映射质量。该算法还适用于量子比特任意耦合的硬件设备。实验结果表明，与主流的IBM_QX算法、SPBHA算法和SAHA算法相比，该算法分别减少约73%、28%和20%的附加门数，执行时间减少约300%、80%和19%，提高了量子线路映射效率。

关键词：量子线路,初始映射,启发式搜索,反向遍历