一种基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法、系统、终端及存储介质

本发明涉及数据处理，尤其涉及一种基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法、系统、终端及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、量子计算软件通常需要将量子程序表示为可被构造、编译、优化、仿真、执行和可视化的程序结构。目前三类相关模型，即动态量子电路（dynamic quantum circuit，dqc）模型、单向量子计算机（one-way quantum computer，1wqc）模型以及测量演算（measurementcalculus，mc）模型之间既存在联系，也存在指令语义和程序组织方式上的差异。

2、但是，现有技术中这三类相关模型之间的底层指令对象分离，从而导致在进行跨模型转译、模型专有语义传播和公共工具复用时需要反复适配，影响了量子程序的处理效率。

3、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法、系统、终端及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中动态量子电路模型、单向量子计算机模型以及测量演算模型这三类相关模型之间的底层指令对象分离，从而导致在进行跨模型转译、模型专有语义传播和公共工具复用时需要反复适配，影响了量子程序处理效率的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法，所述基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法包括如下步骤：

3、获取量子程序输入数据，对所述量子程序输入数据进行解析，得到解析结果，并根据所述解析结果构建统一指令对象，其中，所述统一指令对象包括作用载体字段、操作标识字段以及可扩展参数字段；

4、确定目标模型容器，并将所述作用载体字段、所述操作标识字段以及所述可扩展参数字段写入至所述目标模型容器；

5、根据所述作用载体字段进行作用对象定位处理，得到目标有效对象，并通过所述目标模型容器获取所述操作标识字段对应的操作类别，根据所述操作类别进行语义分派处理，得到分派操作标识；

6、对所述可扩展参数字段进行保留、转换或新增处理，得到操作专有参数，并根据所述分派操作标识、所述目标有效对象以及所述操作专有参数生成量子程序处理结果。

7、可选地，所述的基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法，其中，所述获取量子程序输入数据，对所述量子程序输入数据进行解析，得到解析结果，并根据所述解析结果构建统一指令对象，具体包括：

8、获取量子程序输入数据，其中，所述量子程序输入数据包括用户调用的电路门、测量演算命令、单向量子计算程序步骤、已有模型容器中的指令序列或跨模型转译器产生的中间操作；

9、对所述量子程序输入数据进行解析，得到解析结果，其中，所述解析结果包括输入来源、操作名称、作用对象输入以及操作专有参数，并根据所述输入来源和所述操作名称确定所述操作标识字段；

10、根据所述作用对象输入得到所述作用载体字段，并根据所述操作专有参数得到所述可扩展参数字段。

11、可选地，所述的基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法，其中，所述获取量子程序输入数据，对所述量子程序输入数据进行解析，得到解析结果，并根据所述解析结果构建统一指令对象，之后还包括：

12、对所述作用载体字段、所述操作标识字段以及所述可扩展参数字段进行参数映射处理，得到参数访问数据；

13、其中，所述参数映射处理包括属性式访问和键值式访问。

14、可选地，所述的基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法，其中，所述目标模型容器包括dqc电路容器、1wqc程序容器以及mc测量模式容器；

15、所述确定目标模型容器，并将所述作用载体字段、所述操作标识字段以及所述可扩展参数字段写入至所述目标模型容器，具体包括；

16、确定目标模型容器，其中，所述目标模型容器包括dqc电路容器、1wqc程序容器或mc测量模式容器；

17、若为所述dqc电路容器，则将所述作用载体字段、所述操作标识字段以及所述可扩展参数字段按电路时序写入所述dqc电路容器；

18、若为所述1wqc程序容器，则将所述作用载体字段、所述操作标识字段以及所述可扩展参数字段按第一预设顺序写入所述1wqc程序容器；

19、其中，所述第一预设顺序由前至后依次为图加载、输入态制备、自适应测量和输出校正；

20、若为所述mc测量模式容器，则将所述作用载体字段、所述操作标识字段以及所述可扩展参数字段按第二预设顺序写入所述mc测量模式容器；

21、其中，所述第二预设顺序由前至后依次为制备、纠缠、测量、校正和信号转移。

22、可选地，所述的基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法，其中，所述目标有效对象包括dqc电路容器中的量子比特、1wqc程序容器中的资源图顶点以及mc测量模式容器中的模式量子比特；

23、所述根据所述作用载体字段进行作用对象定位处理，得到目标有效对象，具体包括：

24、若为所述dqc电路容器，则根据所述作用载体字段定位所述dqc电路容器中的一个或多个量子比特；

25、若为所述1wqc程序容器，则建立图结构索引，并根据所述作用载体字段中的顶点标识在所述1wqc程序容器的资源图中定位一个或多个顶点，得到资源图顶点；

26、若为所述mc测量模式容器，则定位得到模式量子比特。

27、可选地，所述的基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法，其中，所述通过所述目标模型容器获取所述操作标识字段对应的操作类别，根据所述操作类别进行语义分派处理，得到分派操作标识，具体包括：

28、获取操作表或注册表，通过所述目标模型容器根据所述操作标识字段在所述操作表或所述注册表中进行查询，得到所述操作标识字段对应的操作类别；

29、根据当前容器类型、目标模型以及所述可扩展参数字段中的参数键，选择与所述操作类别相对应的处理规则进行语义细化，得到分派操作标识，并根据所述分派操作标识确定相应的模型特定处理方式。

30、可选地，所述的基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法，其中，所述对所述可扩展参数字段进行保留、转换或新增处理，得到操作专有参数，并根据所述分派操作标识、所述目标有效对象以及所述操作专有参数生成量子程序处理结果，具体包括：

31、读取源指令的作用载体字段、操作标识字段和可扩展参数字段，根据所述参数键选择处理规则确定目标指令或目标指令片段中所述操作标识字段对应的分派操作标识；

32、根据寄存器映射或顶点映射确定所述作用载体字段对应的目标有效对象，对所述可扩展参数字段进行保留、转换或新增处理，得到操作专有参数；

33、根据所述分派操作标识、所述目标有效对象以及所述操作专有参数构建目标统一指令对象，得到量子程序处理结果。

34、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种基于统一量子指令的多模型量子程序处理系统，其中，所述基于统一量子指令的多模型量子程序处理系统包括：

35、统一指令对象构建模块，用于获取量子程序输入数据，对所述量子程序输入数据进行解析，得到解析结果，并根据所述解析结果构建统一指令对象，其中，所述统一指令对象包括作用载体字段、操作标识字段以及可扩展参数字段；

36、目标模型容器写入模块，用于确定目标模型容器，并将所述作用载体字段、所述操作标识字段以及所述可扩展参数字段写入至所述目标模型容器；

37、语义分派处理模块，用于根据所述作用载体字段进行作用对象定位处理，得到目标有效对象，并通过所述目标模型容器获取所述操作标识字段对应的操作类别，根据所述操作类别进行语义分派处理，得到分派操作标识；

38、处理结果输出模块，用于对所述可扩展参数字段进行保留、转换或新增处理，得到操作专有参数，并根据所述分派操作标识、所述目标有效对象以及所述操作专有参数生成量子程序处理结果。

39、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种终端，其中，所述终端包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于统一量子指令的多模型量子程序处理程序，所述基于统一量子指令的多模型量子程序处理程序被所述处理器执行时实现如上所述的基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法的步骤。

40、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储有基于统一量子指令的多模型量子程序处理程序，所述基于统一量子指令的多模型量子程序处理程序被处理器执行时实现如上所述的基于统一量子指令的多模型量子程序处理方法的步骤。

41、本发明中，获取量子程序输入数据，对所述量子程序输入数据进行解析，得到解析结果，并根据所述解析结果构建统一指令对象，其中，所述统一指令对象包括作用载体字段、操作标识字段以及可扩展参数字段；确定目标模型容器，并将所述作用载体字段、所述操作标识字段以及所述可扩展参数字段写入至所述目标模型容器；根据所述作用载体字段进行作用对象定位处理，得到目标有效对象，并通过所述目标模型容器获取所述操作标识字段对应的操作类别，根据所述操作类别进行语义分派处理，得到分派操作标识；对所述可扩展参数字段进行保留、转换或新增处理，得到操作专有参数，并根据所述分派操作标识、所述目标有效对象以及所述操作专有参数生成量子程序处理结果。本发明在保留各自模型容器和计算语义的基础上，能够使多个目标模型容器共享统一的指令访问契约，从而减少了跨模型处理中的对象重建和字段适配问题，降低了测量依赖、图结构和经典反馈信息在转译过程中的丢失或不同步风险，提高了跨模型编译、标准化、执行、可视化和调试工具的复用性，同时，也提供了统一的数据接口，（特别在面临需要跨模型的复杂任务计算处理或需要交叉验证的工作场景时）可以有效减少跨模型转译时的对象重建和字段适配工作，优化提升量子程序的处理效率。