IBM Qiskit 量子电路编译流程结果的验证

在真实物理设备上实现概念性量子算法，需要对其量子电路描述进行特定变换，以遵从硬件施加的所有约束。就此，各高层电路组件首先被综合为量子计算机所支持的底层门集，随后映射至目标架构——并利用若干优化以改进编译结果。针对这一复杂任务已有专门工具，例如 IBM 的 Qiskit、Google 的 Cirq、Microsoft 的 QDK 或 Rigetti 的 Forest。然而迄今，这些工具所产生的电路鲜少被验证，这主要源于检查两个量子电路是否确实实现相同功能的巨大复杂性。本文提出一种高效的量子电路等价性检验方案——专用于验证 IBM Qiskit 量子电路编译流程的结果。为此，我们将量子计算独有的特性（如固有的可逆性）与关于编译流程的某些知识结合为一种专用的等价性检验策略。实验评估证实，所提方案能够在秒级甚至更短时间内验证乃至数万次操作的大型电路实例，而现有技术常超时或需显著更长的运行时间。所提方法的相应开源实现公开于 https://github.com/iic-jku/qcec。