論文の概要: Synthesizing Quantum-Circuit Optimizers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.09691v3
• Date: Wed, 10 May 2023 21:48:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-12 18:29:50.567275
• Title: Synthesizing Quantum-Circuit Optimizers
• Title（参考訳）: 量子回路最適化器の合成
• Authors: Amanda Xu, Abtin Molavi, Lauren Pick, Swamit Tannu, Aws Albarghouthi
• Abstract要約: QUESOは、与えられた量子デバイスに対する量子回路を自動的に合成する効率的なアプローチである。 例えば、1.2分で、QUESOは高い確率保証で正しさを合成できる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.111661677477926
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Near-term quantum computers are expected to work in an environment where each operation is noisy, with no error correction. Therefore, quantum-circuit optimizers are applied to minimize the number of noisy operations. Today, physicists are constantly experimenting with novel devices and architectures. For every new physical substrate and for every modification of a quantum computer, we need to modify or rewrite major pieces of the optimizer to run successful experiments. In this paper, we present QUESO, an efficient approach for automatically synthesizing a quantum-circuit optimizer for a given quantum device. For instance, in 1.2 minutes, QUESO can synthesize an optimizer with high-probability correctness guarantees for IBM computers that significantly outperforms leading compilers, such as IBM's Qiskit and TKET, on the majority (85%) of the circuits in a diverse benchmark suite. A number of theoretical and algorithmic insights underlie QUESO: (1) An algebraic approach for representing rewrite rules and their semantics. This facilitates reasoning about complex symbolic rewrite rules that are beyond the scope of existing techniques. (2) A fast approach for probabilistically verifying equivalence of quantum circuits by reducing the problem to a special form of polynomial identity testing. (3) A novel probabilistic data structure, called a polynomial identity filter (PIF), for efficiently synthesizing rewrite rules. (4) A beam-search-based algorithm that efficiently applies the synthesized symbolic rewrite rules to optimize quantum circuits.
• Abstract（参考訳）: 短期量子コンピュータは、各操作がノイズを抱え、エラー訂正を行わない環境で動作することが期待されている。 したがって、量子回路オプティマイザを適用してノイズの少ない演算を最小化する。 現在、物理学者は新しい装置やアーキテクチャを常に実験している。 新しい物理基板と量子コンピュータのあらゆる修正のためには、オプティマイザの主要部分を修正または書き換えて実験を成功させる必要があります。 本稿では,量子回路オプティマイザを自動的に合成する効率的な手法であるquesoを提案する。 例えば1.2分で、QUESOは様々なベンチマークスイートの回路の大部分(85%)において、IBMのQiskitやTKETのような主要なコンパイラを著しく上回っているIBMコンピュータに対して高い確率の正当性を保証するオプティマイザを合成できる。 QUESO:(1)書き換え規則とその意味論を表現する代数的アプローチ。 これにより、既存のテクニックの範囲を超えた複雑なシンボリックリライトルールの推論が容易になる。 2) 多項式同一性テストの特殊な形式に問題を縮小することにより, 量子回路の等価性を確率的に検証するための高速アプローチ。 (3) 書き直し規則を効率的に合成するための新しい確率的データ構造である多項式等式フィルタ(PIF)。 (4) 合成記号書き換え規則を量子回路の最適化に効率的に適用するビーム探索に基づくアルゴリズム。

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