論文の概要: PCOAST: A Pauli-based Quantum Circuit Optimization Framework (Extended Version)

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.10966v2
• Date: Mon, 22 May 2023 17:49:00 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-24 02:15:40.522638
• Title: PCOAST: A Pauli-based Quantum Circuit Optimization Framework (Extended Version)
• Title（参考訳）: PCOAST: Pauliベースの量子回路最適化フレームワーク(拡張版)
• Authors: Jennifer Paykin, Albert T. Schmitz, Mohannad Ibrahim, Xin-Chuan Wu, A. Y. Matsuura
• Abstract要約: PCOASTは、パウリ弦の可換性に基づく量子回路最適化のためのフレームワークである。 本稿では,2つの主要な量子コンパイラであるQiskitとtketに対して,そのコンパイル性能を評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3974852803981997
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This paper presents the Pauli-based Circuit Optimization, Analysis, and Synthesis Toolchain (PCOAST), a framework for quantum circuit optimizations based on the commutative properties of Pauli strings. Prior work has demonstrated that commuting Clifford gates past Pauli rotations can expose opportunities for optimization in unitary circuits. PCOAST extends that approach by adapting the technique to mixed unitary and non-unitary circuits via generalized preparation and measurement nodes parameterized by Pauli strings. The result is the PCOAST graph, which enables novel optimizations based on whether a user needs to preserve the quantum state after executing the circuit, or whether they only need to preserve the measurement outcomes. Finally, the framework adapts a highly tunable greedy synthesis algorithm to implement the PCOAST graph with a given gate set. PCOAST is implemented as a set of compiler passes in the Intel Quantum SDK. In this paper, we evaluate its compilation performance against two leading quantum compilers, Qiskit and tket. We find that PCOAST reduces total gate count by 32.53% and 43.33% on average, compared to to the best performance achieved by Qiskit and tket respectively, two-qubit gates by 29.22% and 20.58%, and circuit depth by 42.02% and 51.27%.
• Abstract（参考訳）: 本稿では、pauli文字列の可換特性に基づく量子回路最適化のためのフレームワークであるpcoast(pauli-based circuit optimization, analysis and synthesis toolchain)を提案する。 以前の研究は、クリフォードゲートをポーリ回転を過ぎるとユニタリ回路の最適化の機会が現れることを示した。 PCOASTはこの手法を、一般化された準備とパウリ弦でパラメータ化された測定ノードを介して、ユニタリ回路と非ユニタリ回路に適応することで拡張する。 その結果、pcoastグラフは、ユーザが回路の実行後に量子状態を保存する必要があるか、あるいは測定結果を保存するだけでよいかに基づいて、新しい最適化を可能にする。 最後に、フレームワークは、与えられたゲート集合でpcoastグラフを実装するために、高度に調整可能なgreedy合成アルゴリズムを適用する。 PCOASTはIntel Quantum SDKに渡されるコンパイラのセットとして実装されている。 本稿では,2つの主要な量子コンパイラであるQiskitとtketに対して,そのコンパイル性能を評価する。 PCOAST は Qiskit と tket がそれぞれ達成した最高の性能、29.22% と 20.58% の2量子ゲート、回路深さ 42.02% と 51.27% と比較して平均で 32.53% と 43.33% の総ゲート数を削減している。

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