一种构建参数化量子线路的区块环拓扑结构

作     者：刘文杰 吴青山 查颖 王海彬 LIU Wen-jie;WU Qing-shan;ZHA Ying;WANG Hai-bin

作者机构：南京信息工程大学软件学院江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 数字取证教育部工程研究中心江苏南京210044 

基　　金：国家自然科学基金(No.62071240) 科技创新2030——“量子通信与量子计算机”重大项目(No.2021ZD0302901) 江苏省基础研究计划(自然科学基金)项目(No.BK20231142)~~ 

出 版 物：《电子学报》 (Acta Electronica Sinica)

年 卷 期：2024年第52卷第8期

页      码：2726-2736页

摘      要：在变分量子算法中,参数化量子线路拓扑结构的选择对算法性能具有重要意义.目前已有的拓扑结构存在一些问题,如全连接拓扑结构所需量子门数量较多,环型拓扑结构的表达能力与纠缠能力略有欠缺.为了解决以上问题,本文提出了一种新型的区块环(Block-Ring,BR)拓扑结构,在保障良好性能的同时减少参数规模(即量子门数量),降低线路复杂度.在BR拓扑中,n个量子比特被等分为多个区块,每个区块包含m个量子比特,区块内部所有量子比特两两连接,区块之间采用环型结构进行连接.为了构造BR拓扑结构的参数化量子线路,设计了一种多层线路生成算法,可自动生成由单量子比特门Rx、Rz和双量子比特门CRx或CRz构成的量子线路.IBM Q模拟实验表明,相较于环型拓扑结构,无论单层、双层以及三层BR拓扑结构的表达能力和纠缠能力均有不同程度的提升;相较于拥有最高表达能力与纠缠能力的全连接拓扑结构,BR拓扑结构呈现接近的性能指标,且线路复杂度显著降低,即参数数量与双量子比特门数量均从O(n2)降低为O(mn),线路深度从O(n2)降低为O(n/m+m2).

主 题 词：参数化量子线路 线路拓扑结构 区块环拓扑 表达能力 纠缠能力 线路复杂度 

学科分类：08[工学] 080203[080203] 0802[工学-机械学] 

核心收录：

D　O　I：10.12263/DZXB.20230135

馆 藏 号：203143385...