論文の概要: Characterization, synthesis, and optimization of quantum circuits over
multiple-control $\textit{Z}$-rotation gates: A systematic study
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.08758v1
- Date: Tue, 18 Apr 2023 06:34:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-19 15:54:51.915518
- Title: Characterization, synthesis, and optimization of quantum circuits over
multiple-control $\textit{Z}$-rotation gates: A systematic study
- Title（参考訳）: 多元制御された$\textit{z}$-rotationゲート上の量子回路のキャラクタリゼーション、合成および最適化:系統的研究
- Authors: Shihao Zhang and Junda Wu and Lvzhou Li
- Abstract要約: 我々は,Multiple-control $Z$-rotation (MCZR) ゲートからなる量子回路をプリミティブとして研究する。
我々は任意のMCZR回路の深さを効果的に最適化するフレキシブルな反復アルゴリズムと共にゲート交換戦略を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.385466953937176
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We conduct a systematic study of quantum circuits composed of
multiple-control $Z$-rotation (MCZR) gates as primitives, since they are
widely-used components in quantum algorithms and also have attracted much
experimental interest in recent years. Herein, we establish a
circuit-polynomial correspondence to characterize the functionality of quantum
circuits over the MCZR gate set with continuous parameters. An analytic method
for exactly synthesizing such quantum circuit to implement any given diagonal
unitary matrix with an optimal gate count is proposed, which also enables the
circuit depth optimal for specific cases with pairs of complementary gates.
Furthermore, we present a gate-exchange strategy together with a flexible
iterative algorithm for effectively optimizing the depth of any MCZR circuit,
which can also be applied to quantum circuits over any other commuting gate
set.
Besides the theoretical analysis, the practical performances of our circuit
synthesis and optimization techniques are further evaluated by numerical
experiments on two typical examples in quantum computing, including diagonal
Hermitian operators and Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA)
circuits with tens of qubits, which can demonstrate a reduction in circuit
depth by 33.40\% and 15.55\% on average over relevant prior works,
respectively. Therefore, our methods and results provide a pathway for
implementing quantum circuits and algorithms on recently developed devices.
- Abstract（参考訳）: 我々は,マルチコントロール $z$-rotation (mczr) ゲートをプリミティブとして構成した量子回路を体系的に研究する。
本稿では,連続パラメータを持つMCZRゲート上の量子回路の機能を特徴付ける回路-多項式対応を確立する。
このような量子回路を正確に合成し、任意の対角ユニタリ行列を最適ゲート数で実装する方法を提案し、相補ゲートのペアを持つ特定のケースに対して最適な回路深さを求める。
さらに、任意のMCZR回路の深さを効果的に最適化するフレキシブルな反復アルゴリズムと共にゲート交換戦略を提案する。
理論解析の他に, 量子計算において, 対角型エルミート作用素と数キュービットの量子近似最適化アルゴリズム (qaoa) を含む2つの典型的な例について, 回路合成および最適化手法の実用的性能を数値実験によりさらに評価し, 回路深度をそれぞれ33.40\%, 15.55\%低減できることを示した。
そこで本研究では,最近開発したデバイスに量子回路とアルゴリズムを実装するための経路を提案する。
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