論文の概要: A SAT approach to the initial mapping problem in SWAP gate insertion for commuting gates

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.05666v2
• Date: Sun, 30 Jul 2023 10:22:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-08-02 00:06:46.308313
• Title: A SAT approach to the initial mapping problem in SWAP gate insertion for commuting gates
• Title（参考訳）: 通勤ゲートのSWAPゲート挿入における初期写像問題に対するSATアプローチ
• Authors: Atsushi Matsuo, Shigeru Yamashita, Daniel J. Egger
• Abstract要約: ほとんどの量子回路は、量子ビット接続が制限された量子ハードウェア上で動作するためにSWAPゲート挿入を必要とする。 スワップ戦略に対する優れた初期マッピングは、必要なスワップゲートの数を減らす。 本稿では,通信ゲートをハードウェアにトランスパイルした回路に対して,SATを用いた優れた初期写像を求める手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8057006406834467
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Most quantum circuits require SWAP gate insertion to run on quantum hardware with limited qubit connectivity. A promising SWAP gate insertion method for blocks of commuting two-qubit gates is a predetermined swap strategy which applies layers of SWAP gates simultaneously executable on the coupling map. A good initial mapping for the swap strategy reduces the number of required swap gates. However, even when a circuit consists of commuting gates, e.g., as in the Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) or trotterized simulations of Ising Hamiltonians, finding a good initial mapping is a hard problem. We present a SAT-based approach to find good initial mappings for circuits with commuting gates transpiled to the hardware with swap strategies. Our method achieves a 65% reduction in gate count for random three-regular graphs with 500 nodes. In addition, we present a heuristic approach that combines the SAT formulation with a clustering algorithm to reduce large problems to a manageable size. This approach reduces the number of swap layers by 25% compared to both a trivial and random initial mapping for a random three-regular graph with 1000 nodes. Good initial mappings will therefore enable the study of quantum algorithms, such as QAOA and Ising Hamiltonian simulation applied to sparse problems, on noisy quantum hardware with several hundreds of qubits.
• Abstract（参考訳）: ほとんどの量子回路は、量子ハードウェア上で量子ビット接続に制限のあるSWAPゲート挿入を必要とする。 2ビットゲートを交換するブロックに対する有望なSWAPゲート挿入方法は、結合マップ上で同時に実行可能なSWAPゲートの層を適用した所定のスワップ戦略である。 スワップ戦略に対する優れた初期マッピングは、必要なスワップゲートの数を減らす。 しかし、量子近似最適化アルゴリズム(QAOA)やイジン・ハミルトニアンのトロッター化シミュレーションのように、回路が通勤ゲートで構成されている場合でも、よい初期写像を見つけることは難しい問題である。 そこで本研究では,スワップ戦略を応用したコンミューティングゲートをハードウェアにトランスパイアした回路の初期マッピングをsatで求める手法を提案する。 この手法は500ノードのランダムな3正則グラフに対するゲート数を65%削減する。 さらに,SATの定式化とクラスタリングアルゴリズムを組み合わせたヒューリスティックな手法を提案する。 このアプローチは、1000ノードのランダムな3正則グラフの自明な初期マッピングとランダムな初期マッピングの両方と比較して、スワップ層数を25%削減する。 良い初期写像は、数百の量子ビットを持つノイズの多い量子ハードウェア上で、スパース問題に適用されたQAOAやIsing Hamiltonianシミュレーションのような量子アルゴリズムの研究を可能にする。

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