量子线路映射及优化是量子算法部署到量子计算设备的关键环节。本书主要研究满足量子计算设备物理约束的量子线路变换和映射问题。在给出量子线路映射的发展历史和相关预备知识的基础上，把研究内容分为上下两篇：上篇聚焦于量子线路逻辑变换，主要探讨如何将可逆/量子线路转换为满足量子计算设备物理约束的低级量子线路，包括可逆/量子线路变换与优化、分解变换与优化、线性最近邻量子线路变换等问题；下篇针对当前量子计算设备普遍存在的多种物理局限性，提出相应的解决方案，包括量子线路初始映射、量子比特近邻化及路由、噪声约束的量子线路映射及优化、分布式映射及优化等。本书试图站在计算机工程技术视角对量子线路映射与优化工作进行系统阐述，为读者提供该领域较为全面的基本知识、研究思路和研究方法。 本书不仅适合量子计算领域的研究人员和工程师阅读，也适合作为对量子计算技术感兴趣的学者和高校计算机、人工智能、电子信息、通信乃至物理等专业的本科生、硕士研究生和博士研究生的参考用书。

前言
第1章 引言
1.1 研究背景
1.2 发展历史
1.3 量子线路映射的任务
1.4 量子线路映射的方法
1.5 全书结构
第2章 预备知识
2.1 几个重要概念
2.1.1 计算模型
2.1.2 可逆计算
2.1.3 量子计算
2.1.4 量子计算模型
2.1.5 量子算法
2.2 布尔函数
2.2.1 一般布尔函数
2.2.2 可逆（布尔）函数
2.2.3 可逆逻辑门
2.2.4 可逆逻辑线路
2.2.5 可逆逻辑综合
2.3 量子态与量子比特
2.3.1 量子态
2.3.2 量子比特
2.4 量子门
2.4.1 量子门的概念
2.4.2 恒等门
2.4.3 Pauli门
2.4.4 NCV门
2.4.5 交换门（SWAP门）
2.4.6 Clifford+T门
2.4.7 相位门
2.4.8 量子门的可逆性
2.4.9 量子门的通用性
2.5 量子线路
2.5.1 基本概念
2.5.2 量子线路的表示
2.5.3 量子线路类型
2.5.4 量子代价
2.5.5 量子门计数
2.5.6 量子线路分层
2.5.7 量子线路深度
2.5.8 量子门序列互逆
2.5.9 逻辑量子线路的等价性
2.5.10 量子线路变换
2.5.11 量子线路化简
2.5.12 可逆/量子门分解
2.5.13 量子线路优化
2.6 量子计算体系结构
2.6.1 线性最近邻架构
2.6.2 二维网格结构
2.6.3 拓扑结构图
2.6.4 量子比特近邻结构
2.6.5 量子代价
2.6.6 量子不可克隆原理
2.7 NISQ计算设备
2.7.1 计算噪声
2.7.2 量子门约束
2.7.3 连通性约束
2.7.4 退相干约束
2.7.5 串扰约束
2.7.6 计算结果保真度
2.7.7 相关约束分析
2.8 量子线路映射
2.8.1 初始映射
2.8.2 量子比特分配
2.8.3 量子比特近邻化
2.8.4 线性最近邻
2.8.5 线性最近邻代价
2.8.6 量子比特近邻化代价
2.8.7 量子比特路由
2.8.8 量子门执行调度
2.8.9 量子线路调度
2.8.10 量子线路分布式映射
上篇量子线路逻辑变换
第3章 可逆/量子线路变换与优化
3.1 基于规则的MCT线路变换
3.1.1 门关系与变换规则
3.1.2 门序列与变换规则
3.1.3 基于规则的线路化简算法
3.1.4 实例验证
3.1.5 实验结果及分析
3.2 基于模板的线路变换
3.2.1 模板定义
3.2.2 模板构建
3.2.3 基于模板线路优化
3.3 本章小结
第4章 分解变换与优化
4.1 MCT门分解
4.1.1 基本分解方法
4.1.2 MCT门分解优化
4.1.3 示例分析
4.1.4 实验结果与分析
4.2 线性近邻约束下的MCT门分解
4.2.1 问题描述
4.2.2 基本概念
4.2.3 近邻交互约束下的MCT门分解
4.3 基于设备拓扑感知的MCT门分解
4.3.1 问题描述
4.3.2 基本概念
4.3.3 硬件子拓扑选择
4.3.4 MCT线路关联门对生成
4.3.5 MCT线路分解映射
4.3.6 实验和结果分析
4.4 本章小结
第5章 线性最近邻量子线路变换
5.1 NCV线路的LNN构造和优化
5.1.1 NCV量子门三线分布
5.1.2 LNN线路最优综合算法
5.1.3 实验结果及分析
5.2 线性最近邻量子线路综合
5.2.1 N门前瞻最近邻方法
5.2.2 联合考虑最近邻方法
5.2.3 换门序原则
5.2.4 优化近邻化策略
5.2.5 量子线路化简
5.2.6 实验结果与分析
5.3 LNN排布的线路近邻化
5.3.1 线序重排代价度量模型
5.3.2 基于LNN排布的线路近邻化
5.3.3 线路优化
5.3.4 实验结果及分析
5.4 本章小结
下篇量子线路物理感知映射
第6章 量子线路初始映射
6.1 基本概念
6.2 问题描述
6.2.1 概述
6.2.2 问题分析
6.3 量子比特分配的精确方法
6.3.1 线性化表示
6.3.2 精确量子比特分配算法
6.3.3 实验结果与分析
6.4 考虑时序权重的量子比特分配
6.4.1 时序交互图
6.4.2 量子比特分配算法
6.4.3 实验结果与分析
6.5 考虑活跃度的量子比特分配
6.5.1 量子比特分配顺序
6.5.2 量子比特布局
6.5.3 举例
6.6 本章小结
第7章 量子比特近邻化及路由
7.1 问题描述与分析
7.1.1 问题描述
7.1.2 问题分析
7.2 量子比特路由方法
7.2.1 量子比特路由的CNOT门优化问题
7.2.2 量子比特路由策略
7.3 迭代寻优近邻化与路由策略
7.3.1 基本思想
7.3.2 局部搜索算法
7.3.3 CNOT门数优化算法
7.3.4 实验结果与分析
7.4 基于活跃度量子比特近邻化与路由
7.4.1 近邻化代价
7.4.2 双量子比特门序列的选择
7.4.3 量子比特近邻化
7.4.4 复杂度分析
7.4.5 实验结果及分析
7.5 本章小结