量子编译2.0：新一代量子线路自动化设计与验证 | CQCC2025专题分会

第四届CCF量子计算大会（CQCC2025）将于7月21-23日在成都举办。其中专题分会“量子编译2.0：新一代量子线路自动化设计与验证”将探讨利用人工智能等新兴技术赋能新一代量子线路自动化设计与验证流程，在线路综合、映射、优化等维度尝试突破传统编译技术的局限，以实现更高效、更鲁棒的量子线路设计与验证。

CQCC2025大会为期三天，以“量子计算融合人工智能赋能千行百业”为主题，将汇聚量子计算与人工智能领域的权威专家，从学术研究、人才培养、产业应用、标准制定等多维度全方位探索量子计算与量子科技这一具有战略意义的未来产业，呈现学术、技术和产业等方面精彩内容，搭建高水平交流平台。

大会特邀薛其坤、苏刚、丁津泰、翟荟、张潘、王磊、苏晓龙、邓东灵等知名院士、专家作大会报告。并举办多场精彩专题分会。

电子科技大学计算机科学与工程学院，教授 

杨国武，中国科技大学本科，武汉理工大学硕士，波特兰州立大学博士。电子科技大学计算机科学与工程学院，教授，博导，福建省闽江学者。主要研究方向包括：量子计算，机器学习，形式化方法等。主持了5个国家自然科学基金面上项目，1个博士点基金，多个横向项目，参与了科技部核高基重大专项和973项目各1项等。在国内外刊物和会议上发表论文150余篇，其中SCI检索80多篇。授权发明专利10个。2020年获得四川省科技进步奖二等奖。

CCF量子计算专委会执委、副秘书长，电子科大应急管理研究院副院长，副教授

李晓瑜，工学博士，CCF量子计算专委会副秘书长、执委，电子科大应急管理研究院副院长，喀什电产院副院长，ISO/IEC JTC1/JTC3数字孪生、量子计算等工作组专家，ZF数字化专班成员，国家信标委量子信息工作组应用专题组组长，中国通信学会量子计算委员会委员、副秘书长，中国国际科技促进会博士智库工作委员会副会长，主要从事数字工程、量子计算、智能制造等相关科研。主持/主研国家级项目10+项、省部级项目10+项，担任多个高水平期刊编委，多个国际学术会议学术委员会成员、程序委员会主席等学术职务；发表论文总数90余篇；国内发明专利、国际PCT、国际巴黎公约等累计40余项，出版著作、教材近10部，获得软件著作权30余项，获科技进步奖、教学成果奖4项，参与数字孪生等国际标准2项、物联网与量子计算等国际/国家标准近10项。

南京工业大学计算机与信息工程学院 副教授

周祥臻，CCF量子计算专业委员会执行委员、南京工业大学计算机与信息工程学院副教授、CCF量子线路设计自动化研讨会（QCDAC）程序委员会委员。2014年毕业于南京师范大学强化培养学院，获得工学学士学位；2021年毕业于东南大学信息科学与工程学院，获得工学博士学位；2018-2020年赴澳大利亚悉尼科技大学量子软件和量子信息中心进行联合培养；2022年9月-2023年2月在清华大学计算机科学与技术系从事专职科研工作。主要研究方向为量子软件以及量子线路编译。先后在DAC、ICCAD、IEEE TCAD、IEEE Transactions on Computers等期刊或会议上发表论文10余篇，主持多项省部级和企业横向课题，并作为本地组委会主席承办第一届QCDAC。

复旦大学未来信息创新学院、电磁波信息科学教育部重点实验室 青年副研究员

周游是复旦大学未来信息创新学院、电磁波信息科学教育部重点实验室青年副研究员，研究领域是量子信息与计算基础理论。 2014年本科毕业于浙江大学信电系，2019年于清华大学交叉院获博士学位，曾在中国科大、哈佛大学、南洋理工大学从事访问学者和博士后研究。研究兴趣包括量子系统标定与错误抑制，量子模拟算法、量子纠缠与关联等，已在PRL，npj-QI，Quantum等期刊发表30篇学术论文，其中21篇（共同）第一/通讯作者。

报告主题：量子随机测量中的线路设计与优化

摘要：量子随机测量，特别是阴影层析（shadow tomography）技术，已成为当前高效估计量子系统特性的强大工具。随着量子设备规模的扩大，优化测量电路设计变得愈发关键——这不仅是提升测量采样效率，更是为了降低门复杂度并增强噪声鲁棒性，进而确保在近期硬件上的部署。本次报告将介绍我们团队在随机测量框架下电路优化的相关进展，包括：基于互无偏基的最小Clifford结构构造以降低资源开销[1]；研究对称信息完备POVM的高效电路编译技术[2]；开发无须辅助比特的副本式阴影层析方案用于噪声设备上的非线性函数估计[3]；以及提出融合影子估计与传统测量协议的混合方法，兼顾灵活性与精确度[4]。这些研究旨在使基于影子的量子表征技术更适配硬件特性，并拓展其应用范围。

[1] Q. Zhang, Q. Liu, YZ, Phys. Rev. Appl. 21, 064001 （2024）

[2] Z. You, Q. Liu, YZ, Phys. Rev. Appl. 23, 014021 （2025）

[3] Q. Liu, Z. Li, X. Yuan, H. Zhu, YZ, arXiv:2407.20865 （2024）

[4] YZ, Z. Liu, npj Quantum Information 10, 62 （2024）

CCF量子计算专委会执委、佛山大学电子信息工程学院 副教授

何志敏，CCF量子计算专委会执委、佛山大学电子信息工程学院副教授、佛山市高精度陶瓷检测设备工程技术研究中心主任、广东省计算机学会软件工程专业委员会委员、佛山市人工智能学会理事。研究领域为量子线路设计、量子机器学习。在AAAI、Physical Review A、中国科学: 物理学 力学 天文学等国内外权威期刊及会议上发表学术论文65篇，其中SCI收录论文42篇，出版教材2部。主持国家级、省部级项目5项、主持广东省教育厅重点平台和科研项目2项。获2024年广东省计算机学会优秀论文奖一等奖、2024年广东省测量控制与仪器仪表科学技术奖三等奖、2023年佛山大学优秀教师。

报告主题：量子线路自动设计的计算挑战与高效解决方案

摘要：量子架构搜索（Quantum Architecture Search，QAS）旨在针对特定变分量子算法，自动化构建高效且高性能的量子线路架构。随着量子比特数量和线路深度的持续增加，QAS面临的计算复杂度问题日益凸显。特别是在需对大量候选线路进行训练与性能评估的过程中，计算开销呈指数级增长，已成为限制QAS在大规模量子线路设计中应用的核心瓶颈。本报告围绕高效QAS算法的设计思路，展开系统性探讨，主要涵盖以下三个方面：首先，基于量子线路的结构特性，构建自监督学习框架，通过少量训练样本即可训练出性能预测模型，从而为QAS提供高效且低成本的性能评估手段；其次，提出无需训练的性能评估指标，可在不依赖实际线路训练的前提下，快速且准确地预测线路性能，显著降低计算资源消耗；最后，借助大语言模型的强大推理和生成能力，设计基于微调预训练模型的量子线路自动生成方法，能够面向特定变分量子算法，直接生成性能优异的量子线路代码，进一步提升QAS的自动化程度与设计灵活性。

北京雁栖湖应用数学研究院（BIMSA） 助理研究员

蒋瀚如，北京雁栖湖应用数学研究院（BIMSA）助理研究员，博士毕业于中国科技大学。他的研究兴趣包括程序设计语言、形式化方法和量子计算，尤其是量子程序的代数语义、编译及其验证。他有多项研究成果发表在PLDI、CAV、OOPSLA、ACM Trans. Quantum Comput.等会议和期刊上，曾获PLDI 2019 Distinguished Paper Award。

报告主题：基于测量-重置的量子比特复用

摘要：我们探讨基于测量-重置的量子比特复用问题，它利用量子门交换性来复用废弃的量子比特以减小量子线路宽度。我们提出量子比特依赖图（QDG）作为该优化问题的核心抽象，将量子比特复用规约为矩阵三角化问题。基于这一观察，我们从复杂性、算法和验证方面研究了这种量子比特复用问题。首先，我们证明了该问题是NP难的。其次，我们开发了一种基于QDG的求解器，在RevLib上进行的基准测试表明，我们的求解器性能优于或持平现有方法，且对多数线路可达最优解。最后，我们在Coq中实现了经过形式化验证的量子比特复用器，利用量子线路的范畴语义和编译确认（compiler validation）大幅减少了验证负担。

杭州电子科技大学 特聘副教授

杨帅，CCF量子计算专委执行委员，CCF理论计算机专委执行委员，杭州电子科技大学特聘副教授。2024年博士毕业于中国科学院计算技术研究所。主要研究方向：量子线路编译，量子线路优化等，目前在IEEE TCAD，PRReasearch，PRA等会议期刊发表论文五篇。博士论文获2024年CCF量子计算专委博士论文激励计划。主持国家自然科学基金青年基金一项。

报告主题：Approximate Quantum Circuit Synthesis for Diagonal Unitary

摘要：The quantum circuit synthesis problem bridges quantum algorithm design and quantum hardware implementation in the Noisy Intermediate-Scale Quantum （NISQ） era. In quantum circuit synthesis problems, diagonal unitary synthesis plays a crucial role due to its fundamental and versatile nature. Meanwhile, experimental results have shown that moderately approximating the original algorithm to conserve quantum resources can improve the fidelity of algorithms during quantum execution. Building on this insight, we propose a quantum circuit synthesis algorithm to design diagonal unitary implementations based on specified quantum resource limits. Our algorithm can synthesize diagonal unitary for quantum circuits with up to 15 qubits on an ordinary laptop. In algorithm efficiency, synthesizing an n-qubit diagonal unitary matrix with an exact algorithm requires 2^n-2 CNOT gates as a baseline. Within the algorithm error  range of interest （0%–12%）, our algorithm achieves a 3.2  reduction in CNOT gates on average. In runtime, the algorithm efficiently performs, synthesizing 12-qubit diagonal unitary in an average of 6.57 seconds and 15-qubit in approximately 561.71 seconds.

粤港澳大湾区量子科学中心 助理研究员

资威是粤港澳大湾区量子科学中心助理研究员，其博士毕业于中国科学院计算技术研究所。他的研究方向包括量子线路优化和量子算法，相关成果已发表于Design Automation Conference，IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems、Physical Review Research等国际知名会议与期刊。

报告主题：Shallow Quantum Circuit Implementation of Symmetric Functions with Limited Ancillary Qubits

摘要：Optimizing the depth and number of ancillary qubits in quantum circuits is crucial in quantum computation, given the limitations imposed by current quantum devices. In this paper, we introduce an innovative approach for implementing arbitrary symmetric Boolean functions using poly-logarithmic depth quantum circuits with only a logarithmic number of ancillary qubits. Symmetric functions are those whose outputs are dictated solely by the Hamming weight of the inputs. These functions find applications across various domains, including quantum machine learning and arithmetic circuit synthesis. Moreover, by fully leveraging the potential of qutrits, the ancilla count can be further reduced to just one. The key technique involves a novel poly-logarithmic depth quantum circuit designed to compute Hamming weight without the need for ancillary qubits. This quantum circuit for Hamming weight is of independent interest due to its wide-ranging applications, such as in quantum memory, quantum machine learning, and Hamiltonian dynamics simulations.

重庆邮电大学计算机学院 讲师

蒋慧，CCF形式化方法专委会执行委员，重庆邮电大学计算机学院讲师，2024年毕业于华东师范大学软件工程学院，获得工学博士学位，主要研究方向为量子电路编译与优化、量子电路形式化验证，相关成果发表在TOSEM、HSCC、JCST等期刊会议上。

报告主题：A Binary Integer Programming-based Method for Qubit Mapping in Sparse Architectures

摘要：It is a current trend of sparse architectures employed for superconducting quantum chips, which have the advantage of low coupling and crosstalk properties. Existing qubit mapping algorithms do not take the sparsity of quantum architectures into account. To this end, we propose a qubit mapping method based on binary integer programming, called QMBIP. First, we slice a given quantum circuit by taking into account the sparsity of target architectures. Then, the constraints and the objective function are formulated and rendered to the binary integer programming problem by matrix transformation. The behavior of a SWAP gate is characterized by an elementary row transformation on the mapping matrix between the physical and logical qubits. To reduce the search space, we introduce path variables and isomorphic pruning, as well as a look-ahead mechanism. Finally, we compare with typical qubit mapping algorithms such as SABRE and SATMAP on the sparse architectures ibmq_sydney, ibmq_manhattan, ibmq_singapore, and a dense architecture ibmq_tokyo. Experiments show that QMBIP effectively maintains the fidelity of the compiled quantum circuits. For example, on ibmq_sydney, the fidelity of the quantum circuits compiled by our approach outperforms SABRE and SATMAP by 53.9% and 46.8%, respectively.

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