NISQ设备的量子电路调度策略优化研究

来源：计算机工程与应用杂志2024年第22期北京时间：

作者：李晖, 卢凯, 韩子傲, 鞠明媚, 刘述娟, 杜左强

单位：1.哈尔滨商业大学 计算机与信息工程学院，哈尔滨 150028；2.黑龙江省电子商务与信息处理重点实验室，哈尔滨 150028

摘要：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67?μs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。

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