多量子位冰山补丁的逻辑编译

量子计算领域的最新进展使得量子纠错检测与修正编码具备了实际应用价值。然而当前量子计算机架构及未来设计方案均面临量子比特数量受限的挑战,这迫使研究者不得不采用高码率编码方案。这类编码方案的参数表示为[[n,k,d]],其特点是每个编码块包含超过1个逻辑量子比特(即k>1)。该特性会降低编码的容错能力,因为任意n个物理量子比特上出现⌈(d−1)/2⌉个错误,就可能影响所有k个逻辑量子比特的状态。因此,如何将量子电路的输入量子比特最优映射到这类编码方案,从而实现电路保真度最大化,就成为至关重要的研究课题。 现有研究尚未系统探讨高码率编码中程序量子比特到逻辑量子比特的映射问题。若采用暴力搜索寻找最优映射,其复杂度将呈超指数级增长(规模为O(n!),n为输入量子比特数),这使得量子比特数稍多时穷举搜索就难以实现。该研究团队提出双管齐下的解决方案:(1)针对任意给定映射,通过逻辑-物理编译将输入门电路转化为利用哈达玛交换律和门合并的高效编码实现;(2)采用基于噪声偏置的合并优化打包启发式算法,无需穷举即可快速搜索可能映射空间并识别高性能量子比特分配方案。据该团队所知,这是首个针对高码率编码的映射与编译研究框架。在71个基准电路测试中,相较于原始编译方案,该框架使电路深度降低34%,单量子比特门和双量子比特门数量分别最高减少31%和17%,总变分距离改善达1.75倍,逻辑选择率平均提升86%。

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提交arXiv: 2026-04-10 23:31

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