論文の概要: Relaxed Peephole Optimization: A Novel Compiler Optimization for Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2012.07711v1
• Date: Mon, 14 Dec 2020 17:03:06 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-20 21:13:27.311979
• Title: Relaxed Peephole Optimization: A Novel Compiler Optimization for Quantum Circuits
• Title（参考訳）: Relaxed Peephole Optimization: 量子回路のための新しいコンパイラ最適化
• Authors: Ji Liu, Luciano Bello, Huiyang Zhou
• Abstract要約: 本稿では,量子コンピュータのための新しい量子コンパイラ最適化手法である緩和ピープホール最適化(RPO)を提案する。 我々は、ある時点において、その状態が X-, Y- または Z-基底のいずれかであるときに、基底状態として qubit を定義する。 我々は、いくつかの入力量子ビットが既知の純粋状態にあるとき、量子ゲートを最適化するためのアプローチを拡張した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.9208532173357
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In this paper, we propose a novel quantum compiler optimization, named relaxed peephole optimization (RPO) for quantum computers. RPO leverages the single-qubit state information that can be determined statically by the compiler. We define that a qubit is in a basis state when, at a given point in time, its state is either in the X-, Y-, or Z-basis. When basis qubits are used as inputs to quantum gates, there exist opportunities for strength reduction, which replaces quantum operations with equivalent but less expensive ones. Compared to the existing peephole optimization for quantum programs, the difference is that our proposed optimization does not require an identical unitary matrix, thereby named `relaxed' peephole optimization. We also extend our approach to optimize the quantum gates when some input qubits are in known pure states. Both optimizations, namely the Quantum Basis-state Optimization (QBO) and the Quantum Pure-state Optimization (QPO), are implemented in the IBM's Qiskit transpiler. Our experimental results show that our proposed optimization pass is fast and effective. The circuits optimized with our compiler optimizations obtain up to 18.0% (11.7% on average) fewer CNOT gates and up to 8.2% (7.1% on average) lower transpilation time than that of the most aggressive optimization level in the Qiskit compiler. When running on real quantum computers, the success rates of 3-qubit quantum phase estimation algorithm improve by 2.30X due to the reduced gate counts.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,量子コンピュータのための新しい量子コンパイラ最適化法である relaxed peephole optimization (rpo) を提案する。 RPOは、コンパイラによって静的に決定できる単一キュービット状態情報を活用する。 量子ビットが基底状態であるとは、与えられた時点においてその状態が x-, y-, z-basis のいずれかにあるときに定義する。 基底量子ビットを量子ゲートへの入力として使用すると、量子演算を等価だが安価に置き換える強度低下の機会がある。 量子プログラムの既存のピープホール最適化と比較すると、提案する最適化は同一のユニタリ行列を必要としないため、'relaxed' ピープホール最適化と呼ばれる。 また、いくつかの入力量子ビットが既知の純粋状態にあるとき、量子ゲートを最適化するアプローチも拡張します。 量子基底状態最適化(QBO)と量子純状態最適化(QPO)の2つの最適化はIBMのQiskitトランスパイラで実装されている。 実験の結果,提案手法は高速かつ効果的であることがわかった。 コンパイラ最適化で最適化された回路は、qiskitコンパイラの最も積極的な最適化レベルよりも18.0% (平均11.7%) 少ないcnotゲートと8.2% (平均7.1%) 低いトランスパイル時間を得る。 実量子コンピュータ上で動作した場合、3量子ビットの量子位相推定アルゴリズムの成功率はゲート数の減少により2.30倍向上した。

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