窦星磊 刘 磊 陈岳涛

(计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院计算技术研究所) 北京 100190) (中国科学院计算技术研究所 北京 100190)

量子计算在近年来蓬勃发展，它针对特定计算任务展现出了强大的计算加速能力，可用于加速求解经典计算中的难解问题，如数据库搜索[1]、机器学习[2-3]、化学反应模拟[4-5]、加密解密[6]、优化问题[7]等.量子计算机(量子芯片)是实施量子计算的物理设备，量子位是量子计算机的基本运算单元，量子门操作用于操控量子位状态，由量子门操作序列组成的量子程序可完成特定的量子计算任务.Intel,Google,IBM等企业已相继发布了5～72量子位的量子计算机[8-10].IBM提供了量子计算云服务[11]，用户可通过接口向云服务提交执行量子计算任务.在过去数10年中，量子计算的理论研究取得了较大进展；但量子计算机物理机的相关研究却始终难以克服噪声问题带来的影响.现在的量子计算机属于中等规模带噪声量子计算机(noisy intermediate-scale quantum computer,NISQ computer)类型的量子计算机[12].在该类量子计算机中，量子位状态不稳定，量子门操作可能出现错误.虽然量子纠错编码可以使量子计算机获得容错能力，但其成本太高(构造一个容错量子位需要20～100个物理量子位)，无法在现阶段的量子计算机上实施.

量子计算机有超导[13]、离子阱[14]、光量子[15]等物理实现方式.本文主要关注超导量子计算机.面向超导量子计算机的量子程序映射策略可将高级语言编写的量子算法转换为能在超导量子计算机……