基于超图分区的时空电路切割

量子计算通过量子力学原理致力于颠覆问题解决，但当前的 NISQ 设备在量子比特数量和误差率方面存在局限，阻碍了大规模量子电路的执行。为提升可扩展性，主要出现两种电路切割策略：门切方法通过多个 QPU 分布电路片段实现空间切割；量子比特线切割方法对电路进行顺序执行以实现时间切割。本文提出一种适用于空间和时间场景的基于超图的电路切割方法。通过将量子电路建模为高层次超图，应用斯托er-沃尔格、Fiduccia-Mattheyses 和 Kernighan-Lin 等分区启发式算法以优化分区过程。该方法旨在减少空间切割中的通信开销，并最小化时间切割中的量子比特初始化成本。为评估效果，我们提出了一种新评估指标——耦合比率，用于量化通信与初始化之间的权衡。比较分析表明，超图分区提高了分布式量子架构的效率。值得注意的是，Fiduccia-Mattheyses 启发式方法在多 QPU 系统上实现实时电路切割方面表现优异且具有更好的适应性。总体而言，本工作将超图分区定位为分布式环境下可扩展量子计算的基础技术。