使用窗口化量子算术的量子电路优化的制作方法

技术特征：
1.一种用于对量子位的目标量子寄存器和量子位的源量子寄存器执行乘积加法运算的方法，所述方法包括：确定查找表的多个条目，包括：针对第一索引集合中的每个索引，其中所述第一索引集合包括在零与作为预定窗口大小的函数的最大索引值之间的索引值，将所述索引值乘以所述乘积加法运算的标量；针对第二索引集合中的每个索引，其中所述第二索引集合包括在零与作为所述源量子寄存器的函数的最大索引值之间的索引值，其中所述索引值按所述预定窗口大小步进：确定多个地址值，包括：提取和在i)所述第二索引集合中的所述索引与ii)所述第二索引集合中的所述索引加上所述预定窗口大小之间的索引相对应的源寄存器值；以及基于所述查找表的所确定的多个条目和所确定的多个地址值来调整所述目标量子寄存器的值。2.根据权利要求1所述的方法，其中作为所述预定窗口大小的函数的所述最大索引值等于2的所述预定窗口大小次幂。3.根据权利要求1所述的方法，其中作为所述源量子寄存器的函数的所述最大索引值等于源寄存器的长度。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定窗口大小包括ln n，其中n表示所述目标量子寄存器中的逻辑量子位的数量。5.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述查找表的所确定的多个条目和所确定的多个地址值来调整所述目标量子寄存器的值包括：将所确定的多个条目添加到所述目标量子寄存器中。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述乘积加法运算执行x ＝ky，其中x表示将第一值存储在所述目标量子寄存器中的变量，y表示将第二值存储在所述源量子寄存器中的对应变量，k表示所述乘积加法运算的经典恒定标量值。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述目标量子寄存器包括固定宽度2s补码寄存器。8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一值包括经典整数或经典整数的叠加。9.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二值包括经典整数或经典整数的叠加。10.一种用于使用量子位的目标量子寄存器和量子位的源量子寄存器执行模乘积加法运算的方法，所述方法包括：针对第一索引集合中的每个索引，其中所述第一索引集合包括在零与作为所述源量子寄存器的函数的最大索引值之间的索引值，其中所述索引值按预定窗口大小步进：确定多个地址值，包括：提取和在i)所述第一索引集合中的所述索引与ii)所述第一索引集合中的所述索引加上所述预定窗口大小之间的索引相对应的源寄存器值；确定多个对应表条目，包括：针对第二索引集合中的每个索引，其中所述第二索引集合包括在零与作为所述预定窗口大小的函数的最大表索引之间的索引值：确定包括i)所述乘积加法运算中的标量、ii)2的所述第一索引集合中的所述索引次幂以及iii)所述第二索引集合中的所述索引的乘积的表条目，以及将模运算应用于所确定的表条目；以及基于所确定的多个表条目和所确定的多个地址值来调整所述目标量子寄存器的值。11.根据权利要求10所述的方法，其中作为所述源量子寄存器的函数的所述最大索引
值等于所述源量子寄存器的长度。12.根据权利要求10所述的方法，其中作为所述预定窗口大小的函数的所述最大表索引等于2的所述预定窗口大小次幂。13.根据权利要求10所述的方法，其中所述模乘积加法运算执行x ＝ky(mod n)，其中x表示将第一值存储在所述目标量子寄存器中的变量，y表示将第二值存储在所述源量子寄存器中的对应变量，k表示所述模乘积加法运算的经典恒定标量值，且n表示所述模乘积加法运算的经典恒模。14.根据权利要求13所述的方法，其中x、y以及k的值为正且小于n。15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一值包括经典整数或经典整数的叠加。16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二值包括经典整数或经典整数的叠加。17.根据权利要求10所述的方法，其中所述预定窗口大小包括ln n，其中n表示所述目标量子寄存器中的逻辑量子位的数量。18.根据权利要求10所述的方法，其中基于所确定的多个表条目和所确定的多个地址值来调整所述目标量子寄存器的值包括：将所确定的多个表条目添加到所述目标量子寄存器中。19.根据权利要求10所述的方法，所述方法进一步包括：执行一系列模乘积加法运算以执行模乘运算。20.一种用于将量子位的目标量子寄存器的值乘以奇整数的方法，所述方法包括：确定多个查找表条目，包括：针对第一索引集合中的每个索引，其中所述第一索引集合包括在零与作为预定窗口大小的函数的最大表索引之间的索引值：确定所述第一索引集合中的所述索引和所述奇整数的乘积；针对第二索引集合中的每个索引，其中所述第二索引集合包括从作为所述目标量子寄存器的函数的最大索引值到零的索引值，其中所述索引值按预定窗口大小步进：提取所述第二索引集合中的所述索引到所述第二索引集合中的所述索引加上所述预定窗口大小之间的所述目标量子寄存器的多个值；以及基于所确定的多个查找表条目和所述目标量子寄存器的所提取的多个值来调整所述目标量子寄存器的多个值，其中所述目标量子寄存器的所述多个值包括在所述第二索引集合中的所述索引加上所述预定窗口大小与所述目标量子寄存器的末端之间的值。21.根据权利要求20所述的方法，其中作为所述预定窗口大小的函数的所述最大表索引等于2的所述预定窗口大小次幂。22.根据权利要求20所述的方法，其中作为所述目标量子寄存器的函数的所述最大索引值等于所述目标量子寄存器的长度。23.根据权利要求20所述的方法，其中将量子位的目标量子寄存器的值乘以奇整数包括：执行x*＝k，其中x表示将第一值存储在所述目标量子寄存器中的变量且k表示所述奇整数。24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第一值包括经典整数或经典整数的叠加。25.根据权利要求20所述的方法，其中所述预定窗口大小包括ln n，其中n表示所述目标量子寄存器中的逻辑量子位的数量。26.根据权利要求20所述的方法，其中基于所确定的多个查找表条目和所述目标量子
寄存器的所提取的多个值来调整所述目标量子寄存器的多个值包括：将所确定的多个查找表条目添加到所述目标量子寄存器中。27.一种用于使用量子位的目标量子寄存器和量子位的源量子寄存器执行模幂运算的方法，所述方法包括：针对第一索引集合中的每个索引，确定第一多个地址值，包括：提取多个源寄存器值；针对第二索引集合中的每个索引，确定第二多个地址值，包括：提取多个目标寄存器值；针对第三索引集合中的每个索引且针对第四索引集合中的每个索引，通过将i)所述第三索引集合中的所述索引、ii)所述第四索引集合中的所述索引以及iii)2的所述第二索引集合中的所述索引次幂相乘并应用模运算来确定表条目；使用与所述第一多个地址值和所述第二多个地址值相对应的表条目来调整模加法寄存器；针对第五索引集合中的每个索引，确定第三多个地址值，包括：提取调整后的模加法寄存器的多个值；针对第六索引集合中的每个索引，针对第七索引集合中的每个索引，通过将i)所述第六索引集合中的所述索引、ii)所述第七索引集合中的所述索引以及iii)2的所述第五索引集合中的所述索引次幂相乘并应用模运算来确定表条目；以及使用与所述第一多个地址值和所述第三多个地址值相对应的表条目来调整所述目标量子寄存器。28.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一索引集合包括在零与作为所述源量子寄存器的函数的第一最大索引值之间的索引值，其中所述索引值按第一预定窗口大小步进。29.根据权利要求27所述的方法，其中所述第二索引集合包括在零与作为目标寄存器的函数的第二最大索引值之间的索引值，其中所述索引值按第二预定窗口大小步进。30.根据权利要求28所述的方法，其中所述第三索引集合包括在1与基于所述第一预定窗口大小的第三最大值之间的索引值。31.根据权利要求29所述的方法，其中所述第四索引集合包括在0与作为所述目标量子寄存器和所述第二预定窗口大小的函数的第四最大值之间的索引值。32.根据权利要求29所述的方法，其中所述第五索引集合包括在零与作为所述目标寄存器的函数的第五最大索引值之间的索引值，其中所述索引值按所述第二预定窗口大小步进。33.根据权利要求29所述的方法，其中所述第六索引集合包括在1与基于所述第二预定窗口大小的第六值之间的索引值。34.根据权利要求29所述的方法，其中所述第七索引集合包括在0与作为所述模加法寄存器和所述第二预定窗口大小的函数的第七最大值之间的索引值。35.根据权利要求27所述的方法，其中确定所述第一多个地址值包括：提取和在i)所述第一索引集合中的所述索引与ii)所述第一索引集合中的所述索引加上所述第一预定窗口
大小之间的索引相对应的源寄存器值。36.根据权利要求27所述的方法，其中确定所述第二多个地址值包括：提取和在i)所述第二索引集合中的所述索引与ii)所述第二索引集合中的所述索引加上所述第二预定窗口大小之间的索引相对应的目标寄存器值。37.根据权利要求27所述的方法，其中确定所述第三多个地址值包括：提取和在i)所述第五索引集合中的所述索引与ii)所述第五索引集合中的所述索引加上所述第二预定窗口大小之间的索引相对应的所述调整后的模加法寄存器的值。38.根据权利要求27所述的方法，其中作为所述源量子寄存器的函数的所述第一最大索引值等于所述源量子寄存器的长度。39.根据权利要求27所述的方法，其中作为所述目标寄存器的函数的所述第二最大索引值等于所述目标量子寄存器的所述长度。40.根据权利要求27所述的方法，其中基于所述第一预定窗口大小的所述第三最大值包括其中k表示所述模幂运算的标量，i表示所述第一索引集合中的所述索引，且w1表示所述第一预定窗口大小。41.根据权利要求27所述的方法，其中作为所述目标量子寄存器和所述第二预定窗口大小的函数的所述第四最大值包括2的第二窗口大小次幂。42.根据权利要求27所述的方法，其中作为所述目标寄存器的函数的所述第五最大索引值等于所述目标量子寄存器的所述长度。43.根据权利要求27所述的方法，其中作为所述目标量子寄存器和所述第二预定窗口大小的函数的所述第七最大值包括2的所述第二窗口大小次幂。44.根据权利要求27所述的方法，其中所述模幂运算执行x*＝k
e
(mod n)，其中x表示将第一值存储在所述目标量子寄存器中的变量，e表示将第二值存储在所述源量子寄存器中的对应变量，k表示所述模幂运算的经典恒定标量值，且n表示所述模幂运算的经典恒模。45.根据权利要求44所述的方法，其中所述第一值包括经典整数或经典整数的叠加。46.根据权利要求34所述的方法，其中所述第二值包括经典整数或经典整数的叠加。47.根据权利要求34所述的方法，其中所述第一预定窗口大小与所述第二窗口大小相等。48.根据权利要求34所述的方法，其中所述第一预定窗口大小和所述第二预定窗口大小等于ln n/2，其中n表示所述目标量子寄存器中的逻辑量子位的数量。49.一种装置，所述装置包括：一个或多个经典计算处理器；以及量子计算硬件，所述量子计算硬件与所述一个或多个经典处理器进行数据通信，其中所述装置配置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。50.根据权利要求40所述的装置，其中所述量子计算硬件包括：目标寄存器，所述目标寄存器包括第一多个量子位；源寄存器，所述源寄存器包括第二多个量子位；以及多个控制设备，所述控制设备配置为运算所述第一多个量子位和所述第二多个量子位。

技术总结
用于执行窗口化量子算术的方法、系统以及装置。在一个方面中，一种用于执行乘积加法运算的方法包括：确定查找表的多个条目，包括：针对第一索引集合中的每个索引，将索引值乘以乘积加法运算的标量；针对第二索引集合中的每个索引，确定多个地址值，包括：提取和在i)第二索引集合中的索引与ii)第二索引集合中的索引加上预定窗口大小之间的索引对应的源寄存器值；以及基于查找表的所确定的多个条目和所确定的多个地址值来调整目标量子寄存器的值。的多个地址值来调整目标量子寄存器的值。的多个地址值来调整目标量子寄存器的值。


技术研发人员：C.吉德尼
受保护的技术使用者：谷歌有限责任公司
技术研发日：2020.03.27
技术公布日：2021/11/9