1.本发明涉及量子计算技术领域，尤其涉及一种用于量子计算系统、使用其进行量子计算的方法及计算机可读存储介质。
背景技术：2.量子计算是一种新型计算范式，其通过操控量子比特的态来完成相应的计算任务。作为量子计算的基本信息单元，不同于经典比特，量子比特可以处于0态和1态的叠加态。对于包含n个量子比特的量子计算系统，当所有量子比特均处于叠加态时，系统同时表示了2n个基矢态，与之对比，经典计算系统在每一时刻只能处于其中一个基矢态。基于这种指数级的态空间表示能力，通过合适的算法设计来操控态演化，量子计算在某些问题解决上相比于经典计算具有显著的优势，例如著名的shor算法在大数质因子分解问题求解上相比于现有经典算法具有指数级加速表现。基于操控的态演化是连续型还是离散型，量子计算一般可分为模拟型量子计算和数字型量子计算。加拿大d-wave公司的量子退火机是模拟型量子计算的代表，而数字型量子计算的代表则有google于2019展示所谓“量子霸权”的“悬铃木”超导计算系统。数字型量子计算(也称门模型量子计算)，与经典计算架构相似，采用通用量子逻辑门组(包括单量子比特门和两量子比特纠缠门)进行量子比特态操控从而实现计算任务。数字型量子计算是目前的重点研究方向，国内外知名公司诸如google,ibm,bat，华为等，高校研究院所诸如哈佛，mit，中科大，北京量子院等均投入巨资打造自己的量子计算系统。
3.根据实现量子比特的物理系统不同，量子计算又分为超导型，离子阱型，量子点型等，其中超导量子比特系统由于门操作保真度高以及可扩展性好被认为是最有希望实现量子计算的系统之一。目前超导量子计算系统在量子比特数目上已经达到60左右，在量子比特质量方面，单量子比特门错误率可以控制在10-3
以下，而两量子比特纠缠门错误率则在10-2-10-3
之间，与之对比，经典计算机的基本门操作错误率则低至10-15
。造成这种巨大差异的最主要原因在于量子比特系统非常脆弱，极易在与周围环境相互作用中退相干从而失去量子信息，目前公开报道的最好的单量子比特寿命也仅在500微秒左右，而多比特芯片中量子比特的平均寿命一般则低于一百微秒。由于量子退相干机制的制约，量子比特逻辑门错误率极不可能降低到经典比特逻辑门水平，因而不可能单纯通过降低门错误率达到通用量子计算。一种可能的解决方案是使用纠错编码，即用一定数量的物理量子比特来编码一个逻辑量子比特，通过使逻辑量子比特门操控精度达到经典水平从而实现通用量子计算。在目前的量子比特门错误率下，根据计算，编码一个逻辑量子比特的所需的物理量子比特数量达到千这个数量级，因而有意义的量子计算系统需要数百万量子比特，在可预见的未来这都是个极其艰难的挑战。鉴于纠错型通用量子计算的短期不可实现，近年来人们开始重点考虑nisq系统，即中等尺度(100量子比特左右)含噪量子计算系统。通过设计适合nisq系统的量子算法，例如用于求解组合优化问题的qaoa(量子近似优化算法)，人们期望近期内在一些实际问题中可以展现相对于经典计算的量子优势。
4.对于nisq量子芯片，由于性能受限，其仅能支持浅层量子线路的运行，因而目前最适合nisq芯片的量子算法均为变分量子算法，例如vqe(变分量子本征求解器)，qaoa(量子近似优化算法)以及qml(量子机器学习)等。这些算法分别对应求解量子化学问题，组合优化问题以及机器学习相关问题。然而，变分量子算法需要量子计算与经典计算的交互协作，需要多次调用量子芯片执行含参数的量子线路。这种计算模式有三个主要局限性：1)计算时间大大增加，目前的实验数据显示对于几十量子比特的芯片执行一次含参数量子线路采样时间至少需要几百秒，目前的计算模式需要调用量子芯片至少几十次，执行几十比特规模问题所花费时间至少需要一小时以上；2)多次调用量子芯片会大大减少芯片的使用寿命；3)一次计算占用量子芯片的计算时间太长，造成可服务的用户任务大大受限。
技术实现要素：5.有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供了一种量子计算系统，包括：
6.问题获取单元，配置成根据用户提供的问题类型及实际应用场景相关的参数确定待求解问题；
7.经典计算单元，与所述问题获取单元耦接，配置成根据所述待求解问题编译量子线路，并计算所述量子线路所需的第一参数，将编译后的量子线路和所述第一参数输出；
8.量子计算单元，与所述经典计算单元耦接，配置成根据所述编译后的量子线路和所述第一参数，在量子芯片的对应区域上执行采样操作，并输出采样结果；
9.解反馈单元，与所述量子计算单元耦接，配置成将所述采样结果处理成对应问题的解，反馈给提出所述对应问题的用户。
10.根据本发明的一个方面，其中所述问题获取单元包括根据问题类型数学建模的数据库，所述问题获取单元进一步配置成：
11.根据所述用户提供的问题类型在所述数据库中进行匹配查找，确定所述待求解问题。
12.根据本发明的一个方面，其中所述经典计算单元进一步包括：
13.第一预处理模块，配置成将所述待求解问题转换为量子线路，并确定待优化的目标函数；
14.参数计算模块，与所述第一预处理模块耦接，配置成调用内嵌算法库中的对应算法计算获得最小化所述待优化的目标函数的第一参数；
15.编译模块，与所述第一预处理模块耦接，配置成调用内嵌算法库中的对应编译算法，并根据预先存储的量子芯片的结构性能数据，编译量子线路；
16.第一输出模块，与所述参数计算模块、所述编译模块分别耦接，配置成将编译后的量子线路及最小化所述待优化的目标函数的第一参数输出。
17.根据本发明的一个方面，其中所述参数计算模块与所述编译模块并行工作。
18.根据本发明的一个方面，其中所述量子计算单元进一步包括：
19.第二预处理模块，与所述第一输出模块耦接，配置成根据所述编译后的量子线路和所述第一参数生成量子汇编语言指令集；
20.时序计算模块，与所述第二预处理模块耦接，配置成根据所述量子汇编语言指令集调用预先存储的量子门操作指令，计算生成量子线路的第一执行时序；
21.初始化模块，与所述第二预处理模块耦接，配置成根据所述量子汇编语言指令集选择量子芯片上的对应区域进行初始化；
22.量子芯片，与所述时序计算模块、所述初始化模块分别耦接，配置成在所述对应区域上根据所述第一执行时序执行量子门操作，并进行采样测量；
23.第二输出模块，与所述量子芯片耦接，配置成将所述量子芯片的采样测量结果输出。
24.根据本发明的一个方面，其中所述时序计算模块与所述初始化模块并行工作。
25.根据本发明的一个方面，其中所述量子芯片多次执行所述量子门操作，所述初始化模块进一步配置成：
26.在每次执行所述量子门操作之前，所述初始化模块将所述对应区域上的量子比特置零态。
27.根据本发明的一个方面，所述量子计算系统包括至少一个经典计算单元与至少一个量子计算单元，其中：
28.所述经典计算单元包括cpu、gpu中的一种或多种，所述量子计算单元包括超导型量子芯片、离子阱型量子芯片、半导体型量子芯片、原子型量子芯片、光子型量子芯片中的一种或多种。
29.根据本发明的一个方面，其中
30.所述问题获取单元配置成：
31.获取至少一个用户提出的问题，将所述用户提出的问题进行提问时间标注，并确定所述待求解问题；
32.将所述待求解问题发送至其中一个所述经典计算单元；
33.所述解反馈单元配置成：
34.接收其中一个所述量子计算单元输出的采样结果，处理成对应问题的解；
35.根据所述提问时间标注将所述对应问题的解反馈至对应的用户。
36.根据本发明的一个方面，其中所述问题获取单元和所述解反馈单元集成在服务器中，用户通过终端向所述服务器提出问题，所述终端包括：
37.手机、电脑、网页、云端中的一种或多种。
38.本发明还提供一种使用如上文所述的量子计算系统进行量子计算的方法，包括：
39.通过所述问题获取单元根据用户提供的问题类型及实际应用场景相关的参数确定待求解问题；
40.通过所述经典计算单元根据所述待求解问题编译量子线路，并计算所述量子线路所需的第一参数，将编译后的量子线路和所述第一参数输出；
41.通过所述量子计算单元根据所述编译后的量子线路和所述第一参数，在量子芯片的对应区域上执行采样操作，并输出采样结果；
42.通过所述解反馈单元将所述采样结果处理成对应问题的解，反馈给提出所述对应问题的用户。
43.本发明还提供一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述指令被处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的方法。
44.本发明所提供的量子计算系统及进行量子计算的方法，通过经典计算机的协同工
作，将编译量子线路及计算目标函数的最优参数的工作全部交由经典计算机处理，量子芯片仅完成在编译的量子线路上进行最后采样的工作，最后将采样结果处理完成后反馈给最初提出问题的用户。本发明所提供的量子计算系统及进行量子计算的方法，无需反复调用量子芯片，提高了量子芯片的寿命，节约了完成一次任务所需的时间，因而能够服务的用户数量也相应地提高了至少一个数量级。
附图说明
45.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本技术要求保护的范围。
46.图1示出了本发明的一个实施例的所提供的量子计算系统；
47.图2示出了本发明的一个实施例的所提供的量子计算系统中的经典计算单元；
48.图3示出了本发明的一个实施例的所提供的量子计算系统中的量子计算单元；
49.图4示出了本发明的一个实施例的所提供的量子计算系统；
50.图5示出了本发明的一个实施例的所提供的量子计算系统；
51.图6示出了本发明的一个实施例的所提供的量子计算系统；
52.图7示出了本发明的一个实施例的所提供的进行量子计算的方法。
具体实施方式
53.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
54.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
55.目前利用nisq量子芯片进行计算的模式是所谓的量子-经典混合计算，即首先用量子芯片执行含参数的量子线路采样计算，再用经典计算处理采样结果并调用经典优化器来计算迭代的新参数，然后量子芯片执行替代原参数的含新参数的量子线路采样计算，如此重复直至收敛条件满足。上述反复迭代的方法导致量子芯片的使用寿命下降，且由于需要多次调用量子芯片造成完成一次计算任务的时间过长。
56.目前最适合nisq芯片的量子算法为变分量子算法，对于在量子芯片上执行的变分量子算法，最核心的是找到对应目标函数的最优参数。由于nisq量子芯片仅能有效执行浅层量子线路的现状，本发明提供一种量子计算系统，通过经典计算机的协同工作，将编译量子线路及计算目标函数的最优参数的工作全部交由经典计算机处理，量子芯片仅完成在编译的量子线路上进行最后采样的工作，最后将采样结果处理完成后反馈给最初提出问题的
用户。本发明所提供的量子计算系统，无需反复调用量子芯片，提高了量子芯片的寿命，完成一次任务所需的计算时间大大减少，同时也增加了用户提交的任务数量。
57.根据本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供一种量子计算系统100，包括问题获取单元110、经典计算单元120、量子计算单元130和解反馈单元140。其中：
58.问题获取单元110配置成根据用户提供的问题类型及实际应用场景相关的参数确定待求解问题。可选地，问题获取单元110本地存储有包括数学建模的数据库，问题获取单元110接收用户提供的问题描述及实际应用场景相关的参数，根据所述问题描述及实际应用场景相关的参数进行匹配，查找到与待解决问题适应的数学模型，将用户提供的问题转换为待求解的数学问题，将所述待求解问题及相关应用场景的参数输出。
59.经典计算单元120与问题获取单元110耦接，配置成根据所述待求解问题编译量子线路，并计算所述量子线路所需的第一参数，将编译后的量子线路和所述第一参数输出。可选地，经典计算单元120包括中央处理单元(cpu)，图形处理单元(gpu)中的一种或多种，并存储量子芯片的结构及性能数据，经典计算单元120通过cpu或gpu编译生成执行所述待求解问题对应算法的量子线路描述，编译最短执行线路。可选地，经典计算单元120还包括算法库，所述算法库中存储有与问题获取单元110存储的数学模型对应的求解模型最优参数的算法集合。经典计算单元120调用预存储的算法计算编译量子线路对应的最优参数，即所述量子线路所需的第一参数，并将编译后的量子线路及量子线路所需的第一参数输出。
60.量子计算单元130与经典计算单元120耦接，配置成根据所述编译后的量子线路和所述第一参数，在量子芯片的对应区域上执行采样操作，并输出采样结果。量子计算单元130接收到经典计算单元120发送的编译后的量子线路及量子线路所需的第一参数后，可选地，将编译后的量子线路转换为量子汇编语言指令集，根据该量子汇编语言指令集，量子计算单元130初始化量子芯片上的对应区域，使即将执行量子门操作的量子比特置零态，并根据量子汇编语言指令集确定量子门的操作时序，以使各量子门通过时序连通，且执行时间最短。准备工作完成后，量子芯片上对应区域上的量子线路按照确定的操作时序通入微波或激光信号实现门操作，量子计算单元130进行采样测量。可选地，在量子芯片上重复执行时序操作，并测量比特串的分布概率。
61.解反馈单元140与量子计算单元130耦接，配置成将采样结果处理成对应问题的解，反馈给提出对应问题的用户。解反馈单元140接收量子计算单元130多次测量的比特串的概率分布结果，将该概率分布结果进行处理，处理后的概率分布结果作为用户提出问题的解，反馈给对应的用户。
62.根据本发明的一个实施例，量子计算系统100中，问题获取单元110包括根据问题类型数学建模的数据库，问题获取单元110进一步配置成：
63.根据所述用户提供的问题类型在所述数据库中进行匹配查找，确定所述待求解问题。
64.根据本发明的一个实施例，如图2所示，本发明所提供的量子计算系统100中，经典计算单元120进一步包括：第一预处理模块121、参数计算模块122、编译模块123及第一输出模块124。其中：
65.第一预处理模块121配置成将所述待求解问题转换为量子线路，并确定待优化的目标函数。问题预处理模块121对待求解问题进行预处理，主要实现将待求解问题初步转换
为可在量子芯片运行的待确定最优参数量子线路，以及根据待求解问题确定待优化的目标函数，预处理完成后，将量子线路信息及待优化的目标函数发送给参数计算模块122和编译模块123。
66.参数计算模块122与第一预处理模块121耦接，配置成调用内嵌算法库中的对应算法计算获得最小化所述待优化的目标函数的第一参数，该第一参数为含参量子线路执行变分量子算法所需的最优参数。参数计算模块122根据第一预处理模块121输出的待优化的目标函数，调用内嵌算法库中的经典算法进行运算，获得使待优化的目标函数最小对应的第一参数。
67.编译模块123与第一预处理模块121耦接，配置成调用内嵌算法库中的对应编译算法，并根据预先存储的量子芯片的结构性能数据，编译量子线路。编译模块123根据预先存储的可运算量子芯片的性能属性，例如芯片结构，芯片上量子比特的性能参数，调用内嵌算法库中的量子编译算法计算得到最适合量子芯片运算的部分区域的量子线路。
68.第一输出模块124与参数计算模块122、编译模块123分别耦接，配置成将编译后的量子线路及最小化所述待优化的目标函数的第一参数输出。参数计算模块122计算获得最小化所述目标函数的第一参数和编译模块123编译获得的编译量子线路信息随后发送给第一输出模块124，第一输出模块124将各项信息整合后，输出包括所述第一参数的编译量子线路至量子计算单元130。
69.根据本发明的一个实施例，其中参数计算模块122与编译模块123相互独立，可以并行工作。参数计算模块122根据所述待优化的目标函数，调用内嵌算法库中的经典算法，计算最小化所述待优化的目标函数的第一参数，与此同时，编译模块123根据预先存储的量子芯片的结构性能数据，调用内嵌算法库中的编译算法，编译在所述量子芯片的部分区域上执行变分量子算法的量子线路，参数计算模块122与编译模块123在接收到第一预处理模块121发送的量子线路信息及待优化的目标函数后并行处理，以节约量子计算系统100整体执行计算任务的时间。
70.根据本发明的一个实施例，如图3所示，本发明所提供的量子计算系统100中，量子计算单元130进一步包括：第二预处理模块131、时序计算模块132、初始化模块133、量子芯片134及第二输出模块135。其中：
71.第二预处理模块131与第一输出模块124耦接，配置成根据包括所述第一参数的编译后的量子线路生成量子汇编语言指令集。第一输出模块124将包含有最小化目标函数的第一参数的编译后的量子线路信息输出到量子计算单元130的第二预处理模块131后，第二预处理模块131将量子线路信息(线路部件及连接关系的描述或图形化描述)转换为量子汇编语言指令集。
72.时序计算模块132与第二预处理模块131耦接，配置成根据所述量子汇编语言指令集计算第一执行时序，所述第一执行时序为量子门操作的执行时序。时序计算模块132在接收到量子汇编语言指令集后，在本地存储的操作指令库中调用合适的实现量子门操作的指令，并随后计算执行这些量子门操作指令的最优时间序列，计算得到的最优量子门操作时间序列会发送给量子芯片134。
73.初始化模块133与第二预处理模块131耦接，配置成根据所述量子汇编语言指令集对量子芯片上的对应区域进行初始化。初始化模块133根据接收到的编译量子线路对应的
量子汇编语言指令集在量子芯片上选择包含对应量子比特数的合适计算区域并进行量子比特的初始化准备。
74.量子芯片134与时序计算模块132、初始化模块133分别耦接，配置成根据所述第一执行时序在所述对应区域上执行量子门操作并进行多次测量，输出测量结果。量子芯片134根据接收到的量子门操作时间序列信息(即第一执行时序)和量子芯片准备信息，在选定的芯片区域按第一执行时序执行量子门操作并进行采样测量，测量结束后，初始化模块133再次初始化选定的芯片区域内的量子比特，在量子芯片134的选定芯片区域上重复执行相同的量子门操作并进行采样测量，重复一定的采样次数。采样得到的结果随后发送给第二输出模块135。
75.第二输出模块135与量子芯片134耦接，配置成将量子芯片134的采样测量结果输出。第二输出模块135将量子芯片134的采样测量结果，即比特串的概率分布信息处理后输出至解反馈单元140。
76.根据本发明的一个实施例，其中时序计算模块132与初始化模块133相互独立，可以并行工作。时序计算模块132根据所述量子汇编语言指令集计算第一执行时序，即在量子芯片上通入微波或激光信号实现量子门操作的时序，计算得到的最优量子门操作时序发送给量子芯片134。与此同时，初始化模块133根据所述编译后的量子线路对量子芯片上的对应区域进行初始化，即将量子芯片上的选定区域执行采样操作的量子比特置零态。时序计算模块132与初始化模块133在接收到第二预处理模块131发送的量子汇编语言指令集后，同时开始工作，时序计算及芯片初始化并行处理，以节约量子计算系统100整体执行计算任务的时间。
77.根据本发明的一个实施例，如图4所示，本发明所提供的量子计算系统100包括至少一个经典计算单元120和至少一个量子计算单元130。图4中示出了量子计算系统100包括多个经典计算单元120和多个量子计算单元130的实施方式，多个经典计算单元120的数量与多个量子计算单元130的数量可以相同或不同，这些实施方式都在本发明的保护范围之内。其中：
78.经典计算单元120包括cpu、gpu中的一种或多种，多个经典计算单元120可以在同一个地方/节点处，也可以分布在不同地方/节点处。量子计算单元130中的量子芯片包括超导型、离子阱型，半导体型，原子型，光子型中的一种或多种。经过经典计算单元120处理后输出的信息传输至合适的量子计算单元130进行采样处理，多个量子计算单元130可以在同一个地方/节点处，也可以分布在不同地方/节点处。
79.根据本发明的一个实施例，每一个经典计算单元120与每一个量子计算单元130集成在一起，组成经典协作的量子计算机。根据本发明的另一实施例，其中部分经典计算单元120与部分量子计算单元130集成在一起，组成经典协作的量子计算机。根据本发明的另一实施例，处理量子计算任务的全部经典计算单元120与量子计算单元130集成在一起，构成多核cpu/gpu-nisq处理系统。在所述多核cpu/gpu-nisq处理系统中，多个经典计算单元120的第一输出模块124与多个量子计算单元130的第二预处理模块131耦接，根据任务需要由经典计算单元120向多个量子计算单元130派发采样任务。
80.根据本发明的一个实施例，如图5所示，本发明所提供的量子计算系统100中，问题获取单元110配置成：
81.获取至少一个用户提出的问题，将所述用户提出的问题进行提问时间标注，并确定所述待求解问题；
82.将所述待求解问题发送至其中一个经典计算单元120。
83.问题获取单元110可以获取多个用户提出的问题，将用户提供的问题进行提问时间标注，即为用户提出的问题加盖时间戳。问题获取单元110通过包括数学建模的数据库检索，将用户提出的问题转化为待求解问题，发送至上述多个经典计算单元120中，当前剩余工作时间小于第一预设时长的经典计算单元120。问题获取单元110配置成与上述多个经典计算单元120通信连接，获取上述多个经典计算单元120当前的运行状态，如是否空闲/运行中，经典计算单元120预估的当前剩余工作时间等，根据多个经典计算单元120预估的当前剩余工作时间，将待求解问题分配至其中当前剩余工作时间小于第一预设时长的经典计算单元120。
84.解反馈单元140进一步配置成：
85.接收其中一个量子计算单元130输出的采样结果，处理成对应问题的解；
86.根据所述提问时间标注将所述对应问题的解反馈至对应的用户。
87.解反馈单元140接收量子计算单元130多次采样测量输出的测量结果，即多个比特串概率分布信息，将该多个比特串概率分布信息进行处理，得到对应问题的解。根据对应问题的提问时间标注(时间戳)，按照先进先出(fifo)的顺序将对应的问题的解反馈给对应的用户。
88.根据本发明的一个实施例，如图6所示，问题获取单元110与解反馈单元140集成在云端服务器中，用户通过终端向服务器提供问题类型及实际应用场景中的相关参数，用户可采用的终端包括但不限于：手机端，电脑端，网页端，云端。上述至少一个经典计算单元120与至少一个量子计算单元130与服务器通信连接，通过服务器对各个经典计算单元120与量子计算单元130的任务执行与派发情况进行统一管理。
89.量子计算系统100的服务流程如下：用户通过不同类型的终端提出问题，上传至服务器，经服务器(问题获取单元110)将用户提出的问题盖上时间戳，并在包括数学建模的数据库中进行匹配查找，将用户提出的问题转化为待求解问题并发送至量子计算机(包括至少一个经典计算单元120和至少一个量子计算单元130)，经典计算单元120进行量子线路的编译、最小化目标函数的第一参数求解，将编译后的量子线路及所述第一参数传输至量子计算单元130，量子计算单元130根据编译后的量子线路进行对应区域量子比特的初始化，设计各量子门的执行时序，量子芯片根据设计好的执行时序在对应区域执行采样任务，并多次执行测量比特串的分布概率，将分布概率的测量结果输出至服务器(包括解反馈单元130)，服务器(包括解反馈单元130)对采样数据进行处理，根据对应的用户提出的问题的时间戳，将采样数据的处理结果及时反馈。
90.本发明的上述多个实施例所提供的量子计算系统100，克服了现有的量子-经典混合计算模式需要多次调用量子芯片运算从而大大增加计算时间的不足，新的量子计算模式可以将计算时间减少至少10倍，因而能够服务的用户数量也能提高至少一个数量级。
91.根据本发明的一个实施例，如图7所示，本发明还提供一种使用如上文所述的量子计算系统100进行量子计算的方法10，包括步骤s101至步骤s104。其中：
92.在步骤s101中，通过所述问题获取单元根据用户提供的问题类型及实际应用场景
相关的参数确定待求解问题。
93.在步骤s102中，通过所述经典计算单元根据所述待求解问题编译量子线路，并计算所述量子线路所需的第一参数，将编译后的量子线路和所述第一参数输出。
94.在步骤s103中，通过所述量子计算单元根据所述编译后的量子线路和所述第一参数，在量子芯片的对应区域上执行采样操作，并输出采样结果。
95.在步骤s104中，通过所述解反馈单元将所述采样结果处理成对应问题的解，反馈给提出所述对应问题的用户。
96.上述进行量子计算的方法10的具体限定与前述量子计算系统100中的具体限定相似，可以参见上文中关于量子计算系统100的介绍，在此不再赘述。
97.根据本发明的一个实施例，本发明还提供一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述指令被处理器执行时，使得所述处理器执行如上文所述的进行量子计算的方法10。
98.本发明所提供的量子计算系统及进行量子计算的方法，通过经典计算机的协同工作，将编译量子线路及计算目标函数的最优参数的工作全部交由经典计算机处理，量子芯片仅完成在编译的量子线路上进行最后采样的工作，最后将采样结果处理完成后反馈给最初提出问题的用户。本发明所提供的量子计算系统及进行量子计算的方法，无需反复调用量子芯片，提高了量子芯片的寿命，节约了完成一次任务所需的时间，因而能够服务的用户数量也相应地提高了至少一个数量级。
99.本发明中所涉及的用户提供的问题类型包括但不限于：旅行商问题、生产调度问题、背包问题、装箱问题、图着色问题、聚类问题、最大团问题、最切割问题等。
100.本发明中所涉及的量子芯片包括设置有一个或多个量子比特的晶片，能够执行量子门操作。
101.本发明中所涉及的量子比特包括具有0态、1态和叠加态的信息载体。
技术特征：1.一种量子计算系统，其特征在于，包括：问题获取单元，配置成根据用户提供的问题类型及实际应用场景相关的参数确定待求解问题；经典计算单元，与所述问题获取单元耦接，配置成根据所述待求解问题编译量子线路，并计算所述量子线路所需的第一参数，将编译后的量子线路和所述第一参数输出；量子计算单元，与所述经典计算单元耦接，配置成根据所述编译后的量子线路和所述第一参数，在量子芯片的对应区域上执行采样操作，并输出采样结果；解反馈单元，与所述量子计算单元耦接，配置成将所述采样结果处理成对应问题的解，反馈给提出所述对应问题的用户。2.如权利要求1所述的量子计算系统，其中所述问题获取单元包括根据问题类型数学建模的数据库，所述问题获取单元进一步配置成：根据所述用户提供的问题类型在所述数据库中进行匹配查找，确定所述待求解问题。3.如权利要求1或2所述的量子计算系统，其中所述经典计算单元进一步包括：第一预处理模块，配置成将所述待求解问题转换为量子线路，并确定待优化的目标函数；参数计算模块，与所述第一预处理模块耦接，配置成调用内嵌算法库中的对应算法计算获得最小化所述待优化的目标函数的第一参数；编译模块，与所述第一预处理模块耦接，配置成调用内嵌算法库中的对应编译算法，并根据预先存储的量子芯片的结构性能数据，编译量子线路；第一输出模块，与所述参数计算模块、所述编译模块分别耦接，配置成将编译后的量子线路及最小化所述待优化的目标函数的第一参数输出。4.如权利要求3所述的量子计算系统，其中所述参数计算模块与所述编译模块并行工作。5.如权利要求3所述的量子计算系统，其中所述量子计算单元进一步包括：第二预处理模块，与所述第一输出模块耦接，配置成根据所述编译后的量子线路和所述第一参数生成量子汇编语言指令集；时序计算模块，与所述第二预处理模块耦接，配置成根据所述量子汇编语言指令集调用预先存储的量子门操作指令，计算生成量子线路的第一执行时序；初始化模块，与所述第二预处理模块耦接，配置成根据所述量子汇编语言指令集选择量子芯片上的对应区域进行初始化；量子芯片，与所述时序计算模块、所述初始化模块分别耦接，配置成在所述对应区域上根据所述第一执行时序执行量子门操作，并进行采样测量；第二输出模块，与所述量子芯片耦接，配置成将所述量子芯片的采样测量结果输出。6.如权利要求5所述的量子计算系统，其中所述时序计算模块与所述初始化模块并行工作。7.如权利要求5所述的量子计算系统，其中所述量子芯片多次执行所述量子门操作，所述初始化模块进一步配置成：在每次执行所述量子门操作之前，所述初始化模块将所述对应区域上的量子比特置零态。
8.如权利要求1或2所述的量子计算系统，包括至少一个经典计算单元与至少一个量子计算单元，其中：所述经典计算单元包括cpu、gpu中的一种或多种，所述量子计算单元包括超导型量子芯片、离子阱型量子芯片、半导体型量子芯片、原子型量子芯片、光子型量子芯片中的一种或多种。9.如权利要求8所述的量子计算系统，其中所述问题获取单元配置成：获取至少一个用户提出的问题，将所述用户提出的问题进行提问时间标注，并确定所述待求解问题；将所述待求解问题发送至其中一个所述经典计算单元；所述解反馈单元配置成：接收其中一个所述量子计算单元输出的采样结果，处理成对应问题的解；根据所述提问时间标注将所述对应问题的解反馈至对应的用户。10.如权利要求1或2所述的量子计算系统，其中所述问题获取单元和所述解反馈单元集成在服务器中，用户通过终端向所述服务器提出问题，所述终端包括：手机、电脑、网页、云端中的一种或多种。11.一种使用如权利要求1-10中任一项所述的量子计算系统进行量子计算的方法，其特征在于，包括：通过所述问题获取单元根据用户提供的问题类型及实际应用场景相关的参数确定待求解问题；通过所述经典计算单元根据所述待求解问题编译量子线路，并计算所述量子线路所需的第一参数，将编译后的量子线路和所述第一参数输出；通过所述量子计算单元根据所述编译后的量子线路和所述第一参数，在量子芯片的对应区域上执行采样操作，并输出采样结果；通过所述解反馈单元将所述采样结果处理成对应问题的解，反馈给提出所述对应问题的用户。12.一种非瞬时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述指令被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求11所述的方法。
技术总结本发明提供了一种量子计算系统，包括：问题获取单元，配置成根据用户提供的问题类型及实际应用场景相关的参数确定待求解问题；经典计算单元，与所述问题获取单元耦接，配置成根据所述待求解问题编译量子线路，并计算所述量子线路所需的第一参数，将编译后的量子线路和所述第一参数输出；量子计算单元，与所述经典计算单元耦接，配置成根据所述编译后的量子线路和所述第一参数，在量子芯片的对应区域上执行采样操作，并输出采样结果；解反馈单元，与所述量子计算单元耦接，配置成将所述采样结果处理成对应问题的解，反馈给提出所述对应问题的用户。本发明所提供的量子计算系统，无需反复调用量子芯片，提高了芯片寿命，节约了计算任务的完成时间。务的完成时间。务的完成时间。
技术研发人员：胡孟军 庄伟峰 许宏泽 普亚南 刘东 钱辰 马运恒 顾炎武 肖骁 柴绪丹 钱鹏
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2022.07.19
技术公布日：2022/11/1
