論文の概要: Decomposing and Routing Quantum Circuits Under Constraints for Neutral Atom Architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.14996v1
• Date: Thu, 27 Jul 2023 16:47:13 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-07-28 13:40:24.726926
• Title: Decomposing and Routing Quantum Circuits Under Constraints for Neutral Atom Architectures
• Title（参考訳）: 中性原子アーキテクチャの制約下での量子回路の分解とルーティング
• Authors: Natalia Nottingham, Michael A. Perlin, Ryan White, Hannes Bernien, Frederic T. Chong, and Jonathan M. Baker
• Abstract要約: そこで我々は,中性原子量子コンピュータにおける局所アドレス性の制限を克服するための最初のコンパイラを提案する。 我々は、回路を中性原子ネイティブゲート集合に分解するアルゴリズムを提案し、グローバルゲートの全パルス領域の最適化に重点を置いている。 その結果,グローバルゲートの実行に要する時間と単一キュービットゲートの実行に要する時間において,最大3.5倍,2.9倍の高速化を実現した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.4374322617416166
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum computing is in an era defined by rapidly evolving quantum hardware technologies, combined with persisting high gate error rates, large amounts of noise, and short coherence times. Overcoming these limitations requires systems-level approaches that account for the strengths and weaknesses of the underlying hardware technology. Yet few hardware-aware compiler techniques exist for neutral atom devices, with no prior work on compiling to the neutral atom native gate set. In particular, current neutral atom hardware does not support certain single-qubit rotations via local addressing, which often requires the circuit to be decomposed into a large number of gates, leading to long circuit durations and low overall fidelities. We propose the first compiler designed to overcome the challenges of limited local addressibility in neutral atom quantum computers. We present algorithms to decompose circuits into the neutral atom native gate set, with emphasis on optimizing total pulse area of global gates, which dominate gate execution costs in several current architectures. Furthermore, we explore atom movement as an alternative to expensive gate decompositions, gaining immense speedup with routing, which remains a huge overhead for many quantum circuits. Our decomposition optimizations result in up to ~3.5x and ~2.9x speedup in time spent executing global gates and time spent executing single-qubit gates, respectively. When combined with our atom movement routing algorithms, our compiler achieves up to ~10x reduction in circuit duration, with over ~2x improvement in fidelity. We show that our compiler strategies can be adapted for a variety of hardware-level parameters as neutral atom technology continues to develop.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、急速に進化する量子ハードウェア技術によって定義され、高いゲートエラー率、大量のノイズ、短いコヒーレンス時間と組み合わせられた時代である。 これらの制限を克服するには、基盤となるハードウェア技術の強みと弱みを考慮したシステムレベルのアプローチが必要である。 しかし、中性原子のネイティブゲートセットへのコンパイルに先立ち、中性原子デバイスのためのハードウェア対応コンパイラ技術はほとんど存在しない。 特に、現在の中性原子ハードウェアは局所アドレッシングを介して特定の単一ビット回転をサポートしていないため、回路を多数のゲートに分解する必要があることが多く、長い回路長と全体の忠実度は低い。 我々は,中性原子量子コンピュータにおける局所アドレス性の制限を克服するための最初のコンパイラを提案する。 本稿では,複数のアーキテクチャにおいてゲート実行コストを支配するグローバルゲートの総パルス面積を最適化することに着目し,回路を中性原子ネイティブゲート集合に分解するアルゴリズムを提案する。 さらに、高コストのゲート分解の代替として原子移動を探求し、多くの量子回路にとって大きなオーバーヘッドであり続けるルーティングによる大幅な高速化を得る。 私たちの分解最適化では、グローバルゲートの実行時間とシングルキュービットゲートの実行時間の最大3.5倍と2.9倍のスピードアップを実現しています。 atom移動ルーティングアルゴリズムと組み合わせると、コンパイラは最大10倍の回路長削減を実現し、忠実度が約2倍向上しました。 我々は,中性原子技術の発展に伴い,コンパイラ戦略が様々なハードウェアレベルのパラメータに適用可能であることを示す。

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