論文の概要: Compiling Quantum Circuits for Dynamically Field-Programmable Neutral Atoms Array Processors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.03487v5
- Date: Mon, 1 Jul 2024 20:32:25 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-04 08:30:22.789424
- Title: Compiling Quantum Circuits for Dynamically Field-Programmable Neutral Atoms Array Processors
- Title（参考訳）: 動的フィールド生成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。
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。
DPQAをベースとしたコンパイル回路では,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ヘッドが小さくなることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.012570785656963
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- 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 satisfiability 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）: 動的にプログラム可能な量子ビットアレイ (DPQA) は近年,量子情報処理のための有望なプラットフォームとして出現している。
DPQAでは、原子量子ビットは光学トラップの配列に選択的にロードされる。
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。
このような再構成性と非ローカル接続は、特に、キュービットの配置とルーティングとゲートのスケジュールを行う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アーキテクチャについて考察する。
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度モジュロ理論問題として識別する。
複雑な結合性を持つランダムグラフによって生成されるベンチマーク回路の集合に対して、我々のコンパイラORSQ-DPQAは、固定平面アーキテクチャの最適コンパイル結果と比較して、小さな問題インスタンス上の2量子エンタングルゲートの数を1.7倍削減する。
提案手法のスケーラビリティと実用性をさらに向上するため,古典的な集積回路ルーティングにおける反復的な剥離手法に着想を得た強欲なヒューリスティックを導入する。
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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