量子电子学报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (1): 161-169.doi: 10.3969/j.issn.1007-5461.2024.01.016

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一种提高量子线路保真度的转换方法

牛义仁 , 管致锦 *, 李海峰 , 陆俊宇   

  1. ( 南通大学信息科学技术学院, 江苏 南通 226019 )
  • 收稿日期:2021-12-08 修回日期:2022-02-28 出版日期:2024-01-28 发布日期:2024-01-28
  • 通讯作者: E-mail: guan.zj@ntu.edu.cn E-mail:E-mail: guan.zj@ntu.edu.cn
  • 作者简介:牛义仁 ( 1996 - ), 江苏淮安人, 研究生, 主要从事计算机辅助量子逻辑综合方面的研究。 E-mail: 1930320023@stmail.ntu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目 (62072259), 福建省科技厅引导性项目 (2021H0029)

A conversion method for improving fidelity of quantum circuits

NIU Yiren , GUAN Zhijin *, LI Haifeng , LU Junyu   

  1. ( College of Information Science and Technology, Nantong University, Nantong 226019, China )
  • Received:2021-12-08 Revised:2022-02-28 Published:2024-01-28 Online:2024-01-28

摘要: 在实际量子计算中, 量子比特和量子操作表现出不同的品质特性, 从而影响量子计算结果的保真度。而量 子受控非门( CNOT门) 错误率在品质特性中占据主要地位。提出了一种既能满足连通约束又能提高保真度的量子 线路转换方法, 该方法先通过Floyd 算法找出量子位移动路径, 基于该路径上存在的一个或多个双量子比特门执行 的成功率, 构建启发式函数, 以此来选择线路中高保真度的交换方式。多个基准测试实验结果表明, 与IBM Qiskit 工具包中的SabreSwap 和StochasticSwap 算法相比, 本工作所提方法在量子线路保真度方面分别提高了39.29% 和 36.06%。

关键词: 量子信息, 量子线路, 保真度, 线路转换, CNOT 错误率

Abstract: In actual quantum computing, qubits and quantum operations exhibit different quality characteristics, which affect the fidelity of quantum computing results. While among the quality characteristics, the error rate of controlled-NOT (CNOT) quantum gate occupies a major position. This research proposes a quantum circuit conversion method that not only satisfies the connectivity constraints but also improves fidelity. The method first finds out the qubit moving path through Floyd algorithm, and constructs a heuristic function based on the success rate of one or more two-qubit gates on the path, then select the high-fidelity switching mode in this circuit. Multiple benchmark experiments show that compared with SabreSwap and StochasticSwap algorithms in IBM Qiskit toolkit, the proposed method improves the quantum line fidelity by 39.29% and 36.06% respectively.

Key words: quantum information, quantum circuit, fidelity, circuit conversion, CNOT error rate

中图分类号: