論文の概要: Compiling Quantum Circuits for Dynamically Field-Programmable Neutral Atoms Array Processors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.03487v1
• Date: Tue, 6 Jun 2023 08:13:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-07 16:43:35.152105
• Title: Compiling Quantum Circuits for Dynamically Field-Programmable Neutral Atoms Array Processors
• Title（参考訳）: 動的フィールドプログラム可能な中性原子配列プロセッサのための量子回路のコンパイル
• Authors: Daniel Bochen Tan, Dolev Bluvstein, Mikhail D. Lukin, Jason Cong
• Abstract要約: 動的にフィールドプログラマブルな量子ビットアレイ(DPQA)が量子情報処理のための有望なプラットフォームとして登場した。 DPQAでは、原子量子ビットが光トラップの配列にロードされ、計算自体が再構成される。 本稿では,複数の配列を含むDPQAアーキテクチャについて考察する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.744373277945594
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Dynamically field-programmable qubit arrays (DPQA) have recently emerged as a promising platform for quantum information processing. In DPQA, atomic qubits are selectively loaded into arrays of optical traps that can be reconfigured during the computation itself. Leveraging qubit transport and parallel, entangling quantum operations, different pairs of qubits, even those initially far away, can be entangled at different stages of the quantum program execution. Such reconfigurability and non-local connectivity present new challenges for compilation, especially in the layout synthesis step which places and routes the qubits and schedules the gates. In this paper, we consider a DPQA architecture that contains multiple arrays and supports 2D array movements, representing cutting-edge experimental platforms. Within this architecture, we discretize the state space and formulate layout synthesis as a satisfactory modulo theories problem, which can be solved by existing solvers optimally in terms of circuit depth. For a set of benchmark circuits generated by random graphs with complex connectivities, our compiler OLSQ-DPQA reduces the number of two-qubit entangling gates on small problem instances by 1.7x compared to optimal compilation results on a fixed planar architecture. To further improve scalability and practicality of the method, we introduce a greedy heuristic inspired by the iterative peeling approach in classical integrated circuit routing. Using a hybrid approach that combined the greedy and optimal methods, we demonstrate that our DPQA-based compiled circuits feature reduced scaling overhead compared to a grid fixed architecture, resulting in 5.1X less two-qubit gates for 90 qubit quantum circuits. These methods enable programmable, complex quantum circuits with neutral atom quantum computers, as well as informing both future compilers and future hardware choices.
• Abstract（参考訳）: dynamic field-programmable qubit arrays (dpqa) は量子情報処理の有望なプラットフォームとして最近登場した。 dpqaでは、原子量子ビットを光学トラップの配列に選択的にロードし、計算自体中に再構成することができる。 量子ビットのトランスポートと並列な量子演算を活用することで、量子ビットの異なるペア、あるいは遠く離れたものでさえ、量子プログラムの実行の異なる段階で絡み合うことができる。 このような再構成可能性と非ローカル接続性は、特にキュービットを配置し、ゲートをスケジュールするレイアウト合成ステップにおいて、コンパイルに新たな課題をもたらす。 本稿では,複数の配列を含むdpqaアーキテクチャを検討し,最先端の実験プラットフォームを表現した2次元アレイ動作をサポートする。 このアーキテクチャでは、状態空間とレイアウト合成を、回路深度の観点から、既存の解法によって最適に解ける満足なモジュラー理論問題として識別する。 複雑なコネクティビティを持つランダムグラフによって生成される一連のベンチマーク回路に対して,本コンパイラ olsq-dpqa は,固定平面アーキテクチャにおける最適コンパイル結果と比較して,小問題インスタンス上の2量子ゲート数を1.7倍削減する。 本手法のスケーラビリティと実用性をさらに高めるために,古典的集積回路ルーティングにおける反復剥離アプローチに触発された欲深いヒューリスティックを提案する。 グラディーと最適手法を組み合わせたハイブリッド手法を用いて、DPQAベースのコンパイル回路はグリッド固定アーキテクチャに比べてスケーリングオーバーヘッドを低減し、90量子ビットの量子回路では5.1倍の2量子ビットゲートが得られることを示した。 これらの方法は、プログラム可能で複雑な量子回路を中性原子量子コンピュータで実現し、将来のコンパイラと将来のハードウェアの選択の両方を知らせる。

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