論文の概要: Orchestrated Trios: Compiling for Efficient Communication in Quantum Programs with 3-Qubit Gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.08451v1
• Date: Tue, 16 Feb 2021 21:06:58 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-11 00:03:32.923239
• Title: Orchestrated Trios: Compiling for Efficient Communication in Quantum Programs with 3-Qubit Gates
• Title（参考訳）: オーケストレーショントリオ: 3量子ゲートを持つ量子プログラムにおける効率的な通信のためのコンパイル
• Authors: Casey Duckering and Jonathan M. Baker and Andrew Litteken and Frederic T. Chong
• Abstract要約: 現在の量子コンピュータはエラーを起こしやすく、演算回数を減らし、コンパイルされたプログラムが成功する確率を最大化するために高いレベルの最適化を必要とする。 提案するコンパイラ構造であるOrchestted Triosは,まず3量子ビットのToffoliに分解し,上位のToffoli演算の入力を近くのキュービットのグループにルーティングし,ハードウェアサポートされたゲートへの分解を終了する。 2つめの利点は、ルーティングパス後に現在知られている特定のハードウェアキュービットに対して、8-CNOT Toffoliのようなアーキテクチャで調整されたToffoli分解を選択することができることである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.4541097583761
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Current quantum computers are especially error prone and require high levels of optimization to reduce operation counts and maximize the probability the compiled program will succeed. These computers only support operations decomposed into one- and two-qubit gates and only two-qubit gates between physically connected pairs of qubits. Typical compilers first decompose operations, then route data to connected qubits. We propose a new compiler structure, Orchestrated Trios, that first decomposes to the three-qubit Toffoli, routes the inputs of the higher-level Toffoli operations to groups of nearby qubits, then finishes decomposition to hardware-supported gates. This significantly reduces communication overhead by giving the routing pass access to the higher-level structure of the circuit instead of discarding it. A second benefit is the ability to now select an architecture-tuned Toffoli decomposition such as the 8-CNOT Toffoli for the specific hardware qubits now known after the routing pass. We perform real experiments on IBM Johannesburg showing an average 35% decrease in two-qubit gate count and 23% increase in success rate of a single Toffoli over Qiskit. We additionally compile many near-term benchmark algorithms showing an average 344% increase in (or 4.44x) simulated success rate on the Johannesburg architecture and compare with other architecture types.
• Abstract（参考訳）: 現在の量子コンピュータは特にエラーを起こしやすく、プログラムが成功する確率を最大化するために高いレベルの最適化を必要とする。 これらのコンピュータは、1ビットと2ビットのゲートと、物理的に接続されたキュービット間の2ビットのゲートに分解された操作しかサポートしていない。 典型的なコンパイラはまず操作を分解し、その後データを接続されたキュービットにルーティングする。 提案するコンパイラ構造であるOrchestted Triosは,まず3量子ビットのToffoliに分解し,上位のToffoli演算の入力を近くのキュービットのグループにルーティングし,ハードウェアサポートされたゲートへの分解を終了する。 これにより、ルーティングを破棄する代わりに、回路の上位構造へのアクセスをパスすることで、通信オーバーヘッドを大幅に削減できる。 2つめの利点は、ルーティングパス後に既知の特定のハードウェアキュービットに対して、8-cnot toffoliのようなアーキテクチャで調整されたtoffoli分解を選択できるようになったことだ。 我々はIBM Johannesburgで実実験を行い、2キュービットゲート数の平均35%が減少し、Qiskit上で1つのToffoliの成功率が23%増加することを示した。 さらに、Johannesburgアーキテクチャにおける成功率をシミュレーションした平均344%(または4.44倍)の増加を示す多くの短期ベンチマークアルゴリズムをコンパイルし、他のアーキテクチャと比較した。

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