NISQ设备的量子电路调度策略优化研究

在嘈杂的中尺度量子(noisy intermediate-scale quantum,NISQ)时代,调度是量子电路编译的关键步骤。传统调度策略未充分利用量子计算的并行性,忽略了层内操作的潜在并行优化。因此,设计了两种优化策略:拓扑层级调度策略(topological layered scheduling strategy,TLSS)和层内冲突优化策略(layerwise conflict optimization strategy,LCOS)。TLSS利用贪心算法和拓扑排序原理,在层结构中分配量子门,以最大化并行执行量子门操作的数量。LCOS在层内插入SWAP门并最小化冲突以提高并行度,优化整体计算效率。实验结果表明,在涉及4至22量子比特、平面拓扑结构以及双量子比特的平均寿命为67μs的特定环境下,TLSS与LCOS分别降低51.1%和53.2%的SWAP门数量,减少14.7%和15%的硬件门开销。由于量子电路的复杂性及层间时序关系的干扰,将两策略结合后SWAP门数量降低51.6%,硬件门开销减少14.8%。然而结果的适用性受到不同结构和硬件限制的影响。