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A Resource-Virtualized and Hardware-Aware Quantum Compilation Framework for Real Quantum Computing Processors
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AI
DOI：10.34133/research.0947.png)
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摘要
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随着量子计算系统不断扩展规模并更加集成化，将用户量子程序高效编译成真实硬件上的高保真可执行序列仍然是当前量子编译系统的关键挑战。本研究介绍了一个面向真实量子计算处理器的系统软件框架，该框架集成了资源虚拟化和硬件感知编译，命名为QSteed。QSteed通过包含真实量子处理单元（QPU）、标准QPU（StdQPU）、QPU子结构（SubQPU）和虚拟QPU（VQPU）的四层抽象层次结构来虚拟化量子处理器。这些抽象层次连同校准数据、设备拓扑和噪声描述符，被维护在一个专用数据库中，以实现对超导量子平台的统一和细粒度管理。在运行时，模块化编译器查询数据库，将每个传入的电路与最合适的VQPU进行匹配，随后将该虚拟子区域内的布局、布线、门重合成和噪声自适应优化限制在该区域。整个堆栈已部署在Quafu超导集群上，实验运行证实了虚拟化模型的正确性以及编译器在不修改用户代码情况下的有效性。通过整合资源虚拟化与“选择-再编译”工作流，QSteed展示了一种适用于噪声超导处理器的鲁棒编译架构。这种架构方法为噪声中等规模量子时代下，满足各类超导量子计算平台的高效编译需求提供了有前景的路径。
