論文の概要: Surface code compilation via edge-disjoint paths
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2110.11493v2
- Date: Fri, 1 Jul 2022 19:55:32 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-10 21:23:03.331621
- Title: Surface code compilation via edge-disjoint paths
- Title(参考訳): edge-disjointパスによるsurfaceコードコンパイル
- Authors: Michael Beverland and Vadym Kliuchnikov and Eddie Schoute
- Abstract要約: 本研究では, アシラの端解離経路を一定深さで接続した量子ビット上に, 多数の長距離ペアを一定深度で生成する方法を示す。
これはEdge-Disjoint Paths Compilationアルゴリズムの中核となる部分です。
並列な結び目から構築した回路や、マルチ制御された$X$ゲートを実装した回路では、性能が大幅に向上した。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We provide an efficient algorithm to compile quantum circuits for
fault-tolerant execution. We target surface codes, which form a 2D grid of
logical qubits with nearest-neighbor logical operations. Embedding an input
circuit's qubits in surface codes can result in long-range two-qubit operations
across the grid. We show how to prepare many long-range Bell pairs on qubits
connected by edge-disjoint paths of ancillas in constant depth that can be used
to perform these long-range operations. This forms one core part of our
Edge-Disjoint Paths Compilation (EDPC) algorithm, by easily performing many
parallel long-range Clifford operations in constant depth. It also allows us to
establish a connection between surface code compilation and several
well-studied edge-disjoint paths problems. Similar techniques allow us to
perform non-Clifford single-qubit rotations far from magic state distillation
factories. In this case, we can easily find the maximum set of paths by a
max-flow reduction, which forms the other major part of EDPC. EDPC has the best
asymptotic worst-case performance guarantees on the circuit depth for compiling
parallel operations when compared to related compilation methods based on swaps
and network coding. EDPC also shows a quadratic depth improvement over
sequential Pauli-based compilation for parallel rotations requiring magic
resources. We implement EDPC and find significantly improved performance for
circuits built from parallel cnots, and for circuits which implement the
multi-controlled $X$ gate.
- Abstract(参考訳): 我々は、フォールトトレラントな実行のために量子回路をコンパイルする効率的なアルゴリズムを提供する。
最寄りの論理演算を持つ論理キュービットの2次元グリッドを形成する表面符号を対象とする。
入力回路のキュービットを曲面コードに埋め込むと、グリッドをまたいだ長距離2キュービット演算が発生する。
このような長距離操作に使用できるアンシラの端解離経路で接続されたキュービット上で、多数の長距離ベルペアを一定深さで作成する方法を示す。
これはEdge-Disjoint Paths Compilation (EDPC)アルゴリズムのコア部分であり、多くの並列な長距離クリフォード演算を一定深さで容易に行うことができる。
また、表面コードコンパイルと、よく研究されたエッジ分離パス問題との接続を確立することもできます。
同様の手法により、マジックステート蒸留工場から遠く離れた、クリフォード以外の単一キュービット回転を行うことができる。
この場合、EDPCの他の主要部分を形成する最大流量削減により、経路の最大セットを容易に見つけることができる。
EDPCは、スワップとネットワーク符号化に基づく関連するコンパイル方法と比較して、並列処理をコンパイルする回路深さにおいて、最も漸近的な最悪の性能保証を有する。
EDPCはまた、マジックリソースを必要とする並列ローテーションのためのシーケンシャルなPauliベースのコンパイルよりも2次的な深さ改善を示している。
我々はEDPCを実装し、並列な結び目から構築された回路と、マルチ制御された$X$ゲートを実装した回路の性能を著しく改善した。
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