Fast-USYN:从酉矩阵到高质量量子电路的快速合成方法

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当前的量子程序一般由量子电路表示,由多个量子门组成.如果程序包含了被直接表示为酉矩阵的门,需要将这些量子门转化为基本门所构成的量子电路.该步骤被称为量子电路合成.然而,当前的合成方法可能会生成包含数千个门的量子电路.这些量子电路的质量较低,在部署到真实含噪声的量子硬件时非常容易输出错误的结果.此外,在保证门数量较小的情况下,当量子比特数量增至8时,量子电路合成需要数周甚至数月的时间.在这项工作中,本研究提出了一种量子电路合成方法,实现了从酉矩阵到高质量量子电路的快速合成.本研究首先介绍了一种迭代方法,通过插入电路模块来逼近目标酉矩阵.在迭代中,文章提出一种具有奖励机制的前瞻策略减少冗余量子门.在量子电路合成的加速过程中,本研究为了减少候选电路模块的空间,提出了一种剪枝方法,其首先描述每个候选电路模块的闭包来刻画电路的表示空间,然后基于模块的表示空间重叠率进行剪枝,以此构建了一个小而高质量的候选集合.此外,为了减少搜索最优门参数的开销,本研究将选定的候选与目标酉矩阵打包成统一电路,然后通过计算其在基态上的期望来快速获得近似距离.实验证明,与当前的最优的量子电路合成方法QuCT^[1]和QFAST^[9]相比,本研究在5比特到8比特量子电路合成中实现了1.6-2.7倍的门数量减少和3.7-20.6倍的加速.… …   相似文献

谭思危  卢丽强  郎聪亮  陈明帅  尹建伟 《软件学报》2025,36(8)

局部搜索算法求解最小弱连通支配集问题

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最小弱连通支配集问题是一个经典的NP难问题, 在许多领域都有广泛的应用. 提出一种高效的局部搜索算法求解该问题. 在该算法中, 首先采用一个基于锁定顶点和频率反馈信息的初始解构造方法. 该方法可以确保将一定处于最优解中的顶点和大概率存在于最优解中的顶点添加到初始解中, 从而可以得到高质量的初始解. 其次, 提出基于双层格局检测策略, 年龄属性和禁忌策略的方法来避免循环问题. 第三, 提出扰动策略, 使得算法能够有效跳出局部最优. 第四, 将两个评分函数Dscore和Nscore与避免循环问题的策略相结合, 提出有效的顶点选择方法, 帮助算法选择适合添加到候选解中或从当前候选解中删除的顶点. 最后, 与现有的最优启发式算法和CPELX求解器, 在4组基准测试实例上对提出的局部搜索算法进行了对比. 实验结果表明, 该算法在4组经典基准测试实例上表现出更好的性能.… …   相似文献

李睿智  何锦涛  欧阳丹彤 《软件学报》2025,36(8):3655-3676

MTTorch: 面向MT-3000芯片和Transformer模型的PyTorch算子库实现与优化

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随着Transformer类大模型的飞速发展, 算力逐渐成为制约领域发展的瓶颈, 如何根据加速器硬件的结构特性加速和优化大语言模型的训练性能已成为研究热点. 面向天河新一代超算系统的加速芯片MT-3000, 提出并实现了适用于CPU+DSP异构架构的PyTorch扩展库——MTT… …   相似文献

王昊天  孙羽菲  隋轶丞  王嘉豪  石昌青  方建滨  张玉志 《软件学报》2025,36(8):3896-3916

基于下推自动机的同步数据流语言可信编译方法

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同步数据流语言Lustre是安全关键系统开发中常用的开发语言,其现存的官方代码生成器和SCADE的KCG代码生成器既没有经过形式化验证,对用户也处于黑盒状态.近年来,通过证明源代码和目标代码的等价性间接证明编译器的正确性的翻译确认方法被证明是成功的.基于下推自动机的编译方法和基于… …   相似文献

于涛  王珊珊  徐芊卉  董晓晗  胡代金  罗杰  杨溢龙  吕江花  马殿富 《软件学报》2025,36(8)

面向数据稀缺场景的智能交通流量预测

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交通流预测是智能交通系统(intelligent transportation system, ITS)中交通管理的重要基础和热门研究方向. 传统的交通流预测方法通常需要借助大量高质量历史观测数据进行预测, 而针对更为普遍的数据稀缺的交通路网场景预测精度则急剧下降. 针对这一问题… …   相似文献

李云  高雅  姚枝秀  夏士超  吴广富 《软件学报》2025,36(8):3787-3801

基于混成自动机路径过滤与动态选择的CPS系统反例生成

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信息物理融合系统(Cyber-Physical Systems, CPS)在安全攸关领域具有广泛的应用,保障其安全性至关重要.形式化验证是证明系统安全性的有效手段,但在现实世界中的复杂CPS系统上应用仍面临挑战.因此,反例生成的方法被提出,旨在通过寻找系统中违背安全规约的反例行为… …   相似文献

王佳宛  刘熹橦  卜磊  李宣东 《软件学报》2025,36(8):3587-3603

操作系统内核权能访问控制的形式验证

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操作系统内核是构建安全攸关系统软件的基础. 任何计算机系统的正确运行都依赖于底层操作系统实现的正确性,因此,对操作系统内核进行形式验证是很迫切的需求.然而,操作系统中存在的多任务并发、数据共享和竞争等行为,给操作系统内核的验证带来很大的挑战.近年来,基于定理证明的方法广泛用于操作… …   相似文献

徐家乐  王淑灵  李黎明  詹博华  吕毅  代艺博  崔舍承  吴鹏  谭宇  张学军  詹乃军 《软件学报》2025,36(8):3570-3586

面向天河新一代超算的大规模平行城市交通仿真

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随着城市规模不断增加, 城市交通系统面临着越来越多的挑战, 如交通拥堵、交通安全等问题. 交通仿真是一种解决城市交通问题的方法, 其采用虚实结合的计算技术, 以处理实时交通数据、优化城市交通效率, 是平行城市理论在智能交通的重要实现方法. 然而, 传统的计算系统在运行大规模城市交… …   相似文献

何贤浩  胡逸騉  李毅晨  严宇威  吕宜生  廖清  李勇  李肯立 《软件学报》2025,36(8):3693-3708

单球驱动平衡机器人运动学和动力学形式化验证

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单球驱动平衡机器人是一种具有全向运动性的机器人, 其灵活性能在狭小或复杂环境中得到充分体现, 因此受到广泛关注. 在该型机器人运动学和动力学设计过程中, 保证其模型的正确性至关重要. 基于测试和仿真的传统方法难以穷尽系统所有状态, 因此可能无法捕捉到某些设计缺陷或潜在的安全风险.… …   相似文献

张善强  张景芝  施智平  王国辉  关永 《软件学报》2025,36(8):3462-3476

面向Rust语言的形式化验证方法研究综述

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Rust作为一种新兴的安全系统级编程语言,以其创新的所有权模型和借用检查机制提供了内存安全和并发安全保证.尽管Rust的设计宗旨在于安全性,但现有研究揭示了其仍面临诸多安全挑战.形式化验证作为一种基于严格数学基础的方法,为Rust安全性提升提供了强有力保障.通过构建精准清晰的语义… …   相似文献

张卓若  常瑞  杨申毅  陈芳 《软件学报》2025,36(8):3604-3636