臺大研究成果系列報導 — 電機工程學系團隊 開發適用於大型量子電路之量子位元排程演算法

量子計算科技已被證明具有超越傳統科技的卓越潛能，例如2048量子位元的Peter Shor質因數演算法可破解RSA-1024加密系統；1530量子位元的離散對數演算法可破解比特幣加密。儘管IBM Quantum已打造出最新的1386量子位元超導處理器Flamingo，然而此量子處理器僅具有量子位元的局域連接性，因而無法直接實踐前述的大型量子電路演算法。

實踐量子演算法於實體量子處理器需仰賴關鍵量子位元排程路由技術(Qubit Mapping)，藉由排程SWAP量子閘使所有實體量子位元得以對接。然而現行的Qubit Mapping方法存在3大瓶頸：一、現有方法僅適用於數十或數百量子位元等小型量子處理器；二、找尋最佳量子位元對接排程耗時甚鉅，已犧牲量子卓越性；三、效能差的SWAP量子閘排程導致實際量子電路過深，進而引入更多的量子雜訊，使執行演算法時產生失真。

此研究成果的主要學術貢獻為首次提出適用於大型量子處理器知量子位元排程路由方法，藉由動態方式找取最佳路徑與排程，使所有實體量子位元皆能快速對接，以實踐前述的大型量子卓越性演算法中的核心演算法─「量子傅立葉轉換」。

數值模擬實驗顯示此研究成果效能超越包括IBM Quantum等現今國際量子團隊方法，mapping cost 降低將近20%。並於全球首次能快速執行規模大至11969量子位元的量子演算法。理論證明此方法運行時間複雜度僅稍高於平方多項式，因而具有可擴展性，得以應用於未來各式規模與幾何型態的量子實體裝置，具體實踐大型量子卓越性演算法。