QLLVM介绍

  • QLLVM是一个基于LLVM构建的经典-量子混合编译框架，具备卓越的可扩展性以及与经典高性能计算生态的无缝集成能力。

  • QLLVM支持多种量子编程语言及后端，所支持的编程语言包括Qiskit、Cirq、Qpanda、openQASM等，后端指令包括openQASM2.0、OriginIR、qcis等。

  • QLLVM支持量子程序、CUDA程序和经典C++程序的统一编译，为经典-量子软件开发提供了高效、灵活且工业级的编译基础设施。

总体功能

QLLVM 将高级量子程序编译为目标后端可执行代码，主要功能包括：

  • 多语言前端：支持 OpenQASM 2.0、Qiskit QuantumCircuit、QPanda、Cirq 等输入

  • MLIR 优化：单比特门合并、抵消、对角门移除、门综合等优化 Pass

  • QIR 生成：将 MLIR 方言 Lowering 为 QIR（LLVM IR 形式的量子中间表示）

  • SABRE 映射：C++/Qiskit 实现的量子比特布局与 SWAP 插入

  • 多后端发射：输出 OpenQASM、硬件特定格式等

技术路线

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QLLVM编译框架

  • 前端：负责语言解析和中间代码生成，将高级语言转换为 MLIR Quantum 方言

  • 中端：基于 MLIR 进行量子程序优化，并将 MLIR 进一步 Lowering 为 QIR（LLVM IR）

  • 后端：基于 QIR 和 QIR 运行时库，将程序转换为目标硬件支持的代码格式

依托 LLVM 生态，QLLVM 能够实现与经典编译 Pass、CUDA 编程模型和 HPC 运行时的集成，从而实现高效的经典量子混合任务编译。

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经典量子混合程序编译机制

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混合程序代码编写示例

主要优势

  1. 工业级 IR 基础设施：基于 MLIR/LLVM，便于扩展新方言和新 Pass

  2. 多种输入形式：OpenQASM、Qiskit 等，适配不同编程习惯

  3. 灵活优化：-O0/-O1 等级、自定义 Pass 序列、合成优化

  4. 物理约束映射：SABRE 等布局与 SWAP 策略，适配真实硬件拓扑

项目结构概览

目录

说明

mlir/

MLIR 方言、解析器、转换、Lowering

mlir/dialect/

Quantum 方言定义

mlir/parsers/

OpenQASM3、Qiskit 解析器

mlir/transforms/

优化 Pass（门合并、抵消、综合等）

mlir/tools/

qllvm-compile 主编译器

passes/

LLVM IR Pass（SABRE 等）

backend/

QIR → 后端代码（如 QasmBackend）

tools/driver/

驱动脚本 qllvm.in

test/

测试与示例 QASM

docs/

安装指南、设计文档