分布式量子计算的网络操作调度
实现分布式量子计算架构对于提升计算规模至关重要。该架构的核心组件是调度器,其负责协调短程量子网络中的操作,以实现量子处理器(QPU)间必要的非局域纠缠门运算。制定最短完工时间的调度方案尤为重要,这在资源受限网络中取决于资源的高效利用。本研究对比了两种求解最短完工时间优化问题的方法:基于资源受限项目调度(RCPSP)框架的解决方案与基于贪婪启发式算法的方案。 其工作流程如下:首先将计算线路分区并分配给不同QPU,在保证各QPU量子比特负载近乎均匀的同时,最小化跨分区非局域纠缠门数量(可通过METIS求解器等工具实现);其次识别分区间的非局域纠缠门需求,将其映射为QPUs间建立必要纠缠的网络操作序列;最后通过调度使完工时间最小化。 作为案例研究,该团队在由量子交换机(中心枢纽)和有限量子比特资源的QPUs(分支节点)构成的星型网络架构中,分析了小规模量子傅里叶变换算法的实现。结果表明:在某个测试案例中,RCPSP方法的性能优于贪婪启发式算法;而在另一案例中两者表现相当。这些发现既验证了RCPSP框架的有效性,也凸显了贪婪启发式算法的实用价值。
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