論文の概要: Vanishing 2-Qubit Gates with Non-Simplification ZX-Rules

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.06874v1
• Date: Wed, 14 Sep 2022 18:43:21 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-26 16:40:34.224448
• Title: Vanishing 2-Qubit Gates with Non-Simplification ZX-Rules
• Title（参考訳）: 非単純化ZX-Rulesによる2量子ゲートの消滅
• Authors: Ryan Krueger
• Abstract要約: 量子回路はZX-ダイアグラムに変換することができ、ZX-計算の規則を用いて単純化することができる。 最もよく知られた抽出手順は、2量子ゲートの数を劇的に増やすことができる。 ZX-ダイアグラムの局所的な変化が抽出回路の複雑さに大きく影響するという事実を生かしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0089382889894247
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Traditional quantum circuit optimization is performed directly at the circuit level. Alternatively, a quantum circuit can be translated to a ZX-diagram which can be simplified using the rules of the ZX-calculus, after which a simplified circuit can be extracted. However, the best-known extraction procedures can drastically increase the number of 2-qubit gates. In this work, we take advantage of the fact that local changes in a ZX-diagram can drastically affect the complexity of the extracted circuit. We use a pair of congruences (i.e., non-simplification rewrite rules) based on the graph-theoretic notions of local complementation and pivoting to generate local variants of a simplified ZX-diagram. We explore the space of equivalent ZX-diagrams generated by these congruences using simulated annealing and genetic algorithms to obtain a simplified circuit with fewer 2-qubit gates. On randomly generated circuits, our method can outperform state-of-the-art optimization techniques for low-qubit (<10) circuits. On a set of previously reported benchmark circuits with <=14 qubits, our method outperforms off-the-shelf methods in 87% of cases, consistently reducing overall circuit complexity by an additional ~15-30% and eliminating up to 46% of 2-qubit gates. These preliminary results serve as a proof-of-concept for a new circuit optimization strategy in the ZX-calculus.
• Abstract（参考訳）: 従来の量子回路最適化は回路レベルで直接行われる。 また、量子回路をZXダイアグラムに変換することができ、ZX計算の規則を用いて単純化でき、その後、単純化された回路を抽出することができる。 しかし、最もよく知られた抽出手順は、2量子ゲートの数を劇的に増やすことができる。 本研究では,zx-diagramの局所的な変化が抽出回路の複雑さに大きく影響するという事実を生かした。 局所補間とピボットのグラフ理論的な概念に基づいて、一対の合同(つまり、非単純化書き換え規則)を用いて、単純化されたZX-ダイアグラムの局所変種を生成する。 これらの合同により生成された等価なzx-ダイアグラムの空間をシミュレートアニーリングと遺伝的アルゴリズムを用いて探索し、2量子ビットゲートの少ない簡易回路を得る。 ランダムに生成された回路では、低量子ビット(<10)回路の最先端最適化技術を上回ることができる。 従来報告した<=14 qubitsのベンチマーク回路において,本手法は市販の手法を87%のケースで上回り,回路の複雑さを15～30%減らし,最大46%の2-qubitゲートを除去した。 これらの予備結果は、ZX計算における新しい回路最適化戦略の実証となる。

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