論文の概要: On connectivity-dependent resource requirements for digital quantum
simulation of $d$-level particles
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2005.13070v3
- Date: Fri, 2 Oct 2020 03:38:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-18 07:13:45.531038
- Title: On connectivity-dependent resource requirements for digital quantum
simulation of $d$-level particles
- Title（参考訳）: d$レベル粒子のディジタル量子シミュレーションにおける接続依存的資源要求について
- Authors: Nicolas P. D. Sawaya, Gian Giacomo Guerreschi, Adam Holmes
- Abstract要約: 一般に使われている量子演算子をトロッタライズするのに必要なSWAPゲートの数について検討する。
結果は、ハードウェアの共同設計や、与えられた短期量子ハードウェアの集合に対する効率的なキューディット符号化の選択に適用できる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.703901004178046
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A primary objective of quantum computation is to efficiently simulate quantum
physics. Scientifically and technologically important quantum Hamiltonians
include those with spin-$s$, vibrational, photonic, and other bosonic degrees
of freedom, i.e. problems composed of or approximated by $d$-level particles
(qudits). Recently, several methods for encoding these systems into a set of
qubits have been introduced, where each encoding's efficiency was studied in
terms of qubit and gate counts. Here, we build on previous results by including
effects of hardware connectivity. To study the number of SWAP gates required to
Trotterize commonly used quantum operators, we use both analytical arguments
and automatic tools that optimize the schedule in multiple stages. We study the
unary (or one-hot), Gray, standard binary, and block unary encodings, with
three connectivities: linear array, ladder array, and square grid. Among other
trends, we find that while the ladder array leads to substantial efficiencies
over the linear array, the advantage of the square over the ladder array is
less pronounced. These results are applicable in hardware co-design and in
choosing efficient qudit encodings for a given set of near-term quantum
hardware. Additionally, this work may be relevant to the scheduling of other
quantum algorithms for which matrix exponentiation is a subroutine.
- Abstract（参考訳）: 量子計算の主な目的は、量子物理学を効率的にシミュレートすることである。
科学的、技術的に重要な量子ハミルトニアンはスピン=$、振動、フォトニック、その他のボゾン自由度を持つもの、すなわち$d$レベル粒子(量子)によって構成または近似された問題を含む。
近年、これらのシステムを量子ビットの集合に符号化する手法がいくつか導入され、各エンコーディングの効率性は量子ビットとゲート数で研究されている。
ここでは、ハードウェア接続の影響を含め、以前の結果に基づいて構築する。
一般に使われている量子演算子をトロッタライズするのに必要なSWAPゲートの数を調べるために、解析的引数と複数のステージでスケジュールを最適化する自動ツールの両方を用いる。
我々は、線形配列、ラグ配列、正方形格子の3つの連結性を持つユニタリ(またはワンホット)、グレイ、標準バイナリ、ブロックユニタリ符号化について研究する。
その他の傾向の中で,ラダーアレイは線形配列に対してかなりの効率性をもたらすが,ラダーアレイ上での正方形の利点は明らかになっていない。
これらの結果は、ハードウェアの共同設計や、与えられた短期量子ハードウェアの効率的なquditエンコーディングに応用できる。
さらに、この研究は行列の指数がサブルーチンである他の量子アルゴリズムのスケジューリングと関係があるかもしれない。
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