論文の概要: Automatic Test Pattern Generation for Robust Quantum Circuit Testing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2202.10697v2
- Date: Sun, 20 Nov 2022 21:27:57 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-24 06:09:14.061975
- Title: Automatic Test Pattern Generation for Robust Quantum Circuit Testing
- Title（参考訳）: ロバスト量子回路テストのための自動テストパターン生成
- Authors: Kean Chen and Mingsheng Ying
- Abstract要約: 量子テストパターンを表現するための安定化プロジェクタ分解(SPD)を導入し、クリフォード専用回路を用いてテストアプリケーションを構築する。
我々はSPD生成アルゴリズムと、SPDの生成における局所性と空間性の両方を活用するいくつかの加速技術を開発した。
例えば、10キュービットQFT回路のアルゴリズムによってテストパターンが自動生成され、テストアプリケーションを91%以上の精度でシミュレーションすることで故障を検出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.8960072528423035
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum circuit testing is essential for detecting potential faults in
realistic quantum devices, while the testing process itself also suffers from
the inexactness and unreliability of quantum operations. This paper alleviates
the issue by proposing a novel framework of automatic test pattern generation
(ATPG) for the robust quantum circuit testing. We introduce the stabilizer
projector decomposition (SPD) for representing the quantum test pattern, and
construct the test application using Clifford-only circuits, which are rather
robust and efficient as evidenced in the fault-tolerant quantum computation.
However, it is generally hard to generate SPDs due to the exponentially growing
number of the stabilizer projectors. To circumvent this difficulty, we develop
an SPD generation algorithm, as well as several acceleration techniques which
can exploit both locality and sparsity in generating SPDs. The effectiveness of
our algorithms are validated by 1) theoretical guarantees under reasonable
conditions, 2) experimental results on commonly used benchmark circuits, such
as Quantum Fourier Transform (QFT), Quantum Volume (QV) and Bernstein-Vazirani
(BV) in IBM Qiskit. For example, test patterns are automatically generated by
our algorithm for a 10-qubit QFT circuit, and then a fault is detected by
simulating the test application with detection accuracy higher than 91%.
- Abstract（参考訳）: 量子回路テストは、現実的な量子デバイスにおける潜在的な欠陥を検出するのに不可欠であるが、テストプロセス自体もまた、量子演算の非実用性と信頼性に苦しむ。
本稿では、ロバスト量子回路テストのための新しいテストパターン生成フレームワーク(ATPG)を提案することにより、この問題を軽減する。
本稿では,量子テストパターンを表現するためのスタビライザプロジェクタ分解(spd)を導入し,フォールトトレラント量子計算で証明されたように,cliffordのみの回路を用いてテストアプリケーションを構築する。
しかし, 安定プロジェクタ数が指数関数的に増加するため, spdの生成は一般的に困難である。
この難しさを回避するため,SPD生成アルゴリズムと,SPD生成における局所性と疎性の両方を活用できる加速度技術を開発した。
アルゴリズムの有効性を検証した。
1) 合理的条件下での理論的保証
2) ibm qiskitにおける量子フーリエ変換(qft)、量子体積(qv)、ベルンシュタイン・ヴァジラン(bv)などのベンチマーク回路における実験結果。
例えば、10キュービットQFT回路のアルゴリズムによってテストパターンが自動生成され、テストアプリケーションを91%以上の精度でシミュレーションすることで故障を検出する。
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