論文の概要: QuantumCircuitOpt: An Open-source Framework for Provably Optimal Quantum
Circuit Design
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.11674v1
- Date: Tue, 23 Nov 2021 06:45:40 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-07 02:21:19.847016
- Title: QuantumCircuitOpt: An Open-source Framework for Provably Optimal Quantum
Circuit Design
- Title（参考訳）: quantumcircuitopt - 最適な量子回路設計を実現するためのオープンソースフレームワーク
- Authors: Harsha Nagarajan, Owen Lockwood, Carleton Coffrin
- Abstract要約: 我々は,任意のユニタリゲートをハードウェアネイティブゲート列に分解する数学的最適化とアルゴリズムを実装した,新しいオープンソースフレームワークQuantumCircuitOptを提案する。
QCOptは、最大4キュービットの回路上で必要ゲート数を最大57%削減し、コモディティコンピューティングハードウェア上では数分未満で実行可能であることを示す。
また、IBMやRigetti、Googleなど、さまざまなハードウェアプラットフォームに基づいて、QCOptパッケージをさまざまな組み込みネイティブゲートセットに適合させる方法も示しています。
- 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: In recent years, the quantum computing community has seen an explosion of
novel methods to implement non-trivial quantum computations on near-term
hardware. An important direction of research has been to decompose an arbitrary
entangled state, represented as a unitary, into a quantum circuit, that is, a
sequence of gates supported by a quantum processor. It has been well known that
circuits with longer decompositions and more entangling multi-qubit gates are
error-prone for the current noisy, intermediate-scale quantum devices. To this
end, there has been a significant interest to develop heuristic-based methods
to discover compact circuits. We contribute to this effort by proposing
QuantumCircuitOpt (QCOpt), a novel open-source framework which implements
mathematical optimization formulations and algorithms for decomposing arbitrary
unitary gates into a sequence of hardware-native gates. A core innovation of
QCOpt is that it provides optimality guarantees on the quantum circuits that it
produces. In particular, we show that QCOpt can find up to 57% reduction in the
number of necessary gates on circuits with up to four qubits, and in run times
less than a few minutes on commodity computing hardware. We also validate the
efficacy of QCOpt as a tool for quantum circuit design in comparison with a
naive brute-force enumeration algorithm. We also show how the QCOpt package can
be adapted to various built-in types of native gate sets, based on different
hardware platforms like those produced by IBM, Rigetti and Google. We hope this
package will facilitate further algorithmic exploration for quantum processor
designers, as well as quantum physicists.
- Abstract（参考訳）: 近年、量子コンピューティングコミュニティは、近未来のハードウェアに非自明な量子計算を実装する新しい方法が爆発的に現れた。
研究の重要な方向は、任意の絡み合った状態(ユニタリとして表される)を量子回路、すなわち量子プロセッサによって支持されるゲートの列に分解することであった。
長い分解とより絡み合うマルチキュービットゲートを持つ回路は、現在のノイズの多い中間スケール量子デバイスではエラーを起こしやすいことが知られている。
この目的のために、コンパクト回路を発見するためのヒューリスティックベース手法の開発には大きな関心が寄せられている。
我々は,任意のユニタリゲートをハードウェアネイティブゲート列に分解する数学的最適化法とアルゴリズムを実装した,新しいオープンソースフレームワークであるQuantumCircuitOpt(QCOpt)を提案する。
QCOptの核となる革新は、生成する量子回路に最適性を保証することである。
特に,QCOptは,最大4キュービットの回路上で必要ゲート数を最大57%削減し,コモディティ・コンピューティング・ハードウェア上では数分未満で動作可能であることを示す。
また,量子回路設計のツールとしてのQCOptの有効性を,単純なブルートフォース列挙アルゴリズムと比較して検証した。
また、IBMやRigetti、Googleなど、さまざまなハードウェアプラットフォームに基づいて、QCOptパッケージをさまざまな組み込みネイティブゲートセットに適合させる方法も示しています。
このパッケージが量子プロセッサ設計者や量子物理学者のさらなるアルゴリズム探索を促進することを願っている。
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