論文の概要: ISAAQ: Ising Machine Assisted Quantum Compiler

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.02830v1
• Date: Mon, 6 Mar 2023 01:47:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-07 17:39:41.754112
• Title: ISAAQ: Ising Machine Assisted Quantum Compiler
• Title（参考訳）: ISAAQ「Ising Machine Assisted Quantum Compiler」
• Authors: Soshun Naito, Yoshihiko Hasegawa, Yoshiki Matsuda, Shu Tanaka
• Abstract要約: 我々はIsingマシンで量子ビットルーティングを行うためのISing mAchine Assisted Quantum compiler (ISAAQ)を提案する。 ISAAQは、以前のコンパイル結果を使って自分自身を更新することで、コンパイルコストを正確に見積もる。 ISAAQは、物理的に少ないCNOTゲートを持つ可換論理制御NOT(CNOT)ゲートを実装するコスト削減手法を利用する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.8137985834223502
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: It is imperative to compile quantum circuits for Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices because of the limited connectivity of physical qubits and the high error rates of gate operations. One of the most critical steps in quantum circuit compilation is qubit routing, an NP-Hard problem that involves placing and moving logical qubits to minimize compilation overhead. In this study, we propose ISing mAchine Assisted Quantum compiler (ISAAQ) to perform qubit routing with Ising machines, which can efficiently solve Quadratic Unconstrained Binary Optimization (QUBO) problems. ISAAQ accurately estimates the compilation costs by updating itself using previous compilation results, and accelerates qubit routing by solving QUBO problems in parallel with multiple Ising machines. In addition, ISAAQ exploits a cost-reduction method that implements commutative logical Controlled-NOT (CNOT) gates with fewer physical CNOT gates, which is particularly effective for planar devices when implementing original gates. Experimental results on both IBM QX5 and IBM QX20 show that ISAAQ outperforms the heuristic methods available in Qiskit and tket, as well as an existing QUBO method, requiring fewer physical CNOT gates for most benchmark circuits. ISAAQ performs particularly well on large circuits, demonstrating its strong scalability with respect to the number of logical CNOT gates.
• Abstract（参考訳）: 物理量子ビットの接続が限られ、ゲート演算のエラー率が高いため、ノイズ中間量子(NISQ)デバイス用の量子回路をコンパイルすることが必須である。 量子回路のコンパイルにおける最も重要なステップの1つは、コンパイルオーバーヘッドを最小限に抑えるために論理量子ビットを配置して移動させるNP-Hard問題である量子ビットルーティングである。 本研究では,ISing mAchine Assisted Quantum compiler (ISAAQ) を提案する。 ISAAQは、以前のコンパイル結果を用いてコンパイルコストを正確に推定し、複数のIsingマシンと並行してQUBO問題を解くことでキュービットルーティングを高速化する。 さらに、ISAAQは、物理的に少ないCNOTゲートを持つ可換論理制御NOT(CNOT)ゲートを実装するコスト削減手法を採用している。 IBM QX5 と IBM QX20 の実験結果から、ISAAQ は Qiskit と tket で利用可能なヒューリスティックな手法と既存の QUBO 手法より優れており、ほとんどのベンチマーク回路では物理的 CNOT ゲートが少ないことが示されている。 ISAAQは大規模回路で特によく機能し、論理的なCNOTゲートの数に関してその高いスケーラビリティを示す。

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