論文の概要: Fast equivalence checking of quantum circuits of Clifford gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.01206v1
- Date: Wed, 2 Aug 2023 15:10:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-03 12:30:54.312800
- Title: Fast equivalence checking of quantum circuits of Clifford gates
- Title（参考訳）: クリフォードゲートの量子回路の高速等価性検証
- Authors: Dimitrios Thanos, Tim Coopmans, Alfons Laarman
- Abstract要約: 2つの量子回路が等価かどうかを確認することは、現実のデバイスを用いた量子コンピュータアプリケーションの設計と最適化に重要である。
量子回路はクリフォードゲート (Clifford gates) からなるが、これは全ての量子演算の事実上の関連部分集合であり、絡み合いのような量子的特徴を示すのに十分な大きさである。
本稿では,民俗数学的結果に基づく決定論的アルゴリズムを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Checking whether two quantum circuits are equivalent is important for the
design and optimization of quantum-computer applications with real-world
devices. We consider quantum circuits consisting of Clifford gates, a
practically-relevant subset of all quantum operations which is large enough to
exhibit quantum features such as entanglement and forms the basis of, for
example, quantum-error correction and many quantum-network applications. We
present a deterministic algorithm that is based on a folklore mathematical
result and demonstrate that it is capable of outperforming previously
considered state-of-the-art method. In particular, given two Clifford circuits
as sequences of single- and two-qubit Clifford gates, the algorithm checks
their equivalence in $O(n \cdot m)$ time in the number of qubits $n$ and number
of elementary Clifford gates $m$. Using the performant Stim simulator as
backend, our implementation checks equivalence of quantum circuits with 1000
qubits (and a circuit depth of 10.000 gates) in $\sim$22 seconds and circuits
with 100.000 qubits (depth 10) in $\sim$15 minutes, outperforming the existing
SAT-based and path-integral based approaches by orders of magnitude. This
approach shows that the correctness of application-relevant subsets of quantum
operations can be verified up to large circuits in practice.
- Abstract（参考訳）: 2つの量子回路が等価かどうかを確認することは、現実のデバイスを用いた量子コンピュータアプリケーションの設計と最適化に重要である。
クリフォードゲート(Clifford gates)は、全ての量子演算の事実上の関連部分集合であり、絡み合いのような量子的特徴を示すのに十分な大きさであり、量子エラー補正や多くの量子ネットワーク応用の基礎を形成する。
本稿では, 民俗学的な数学的結果に基づく決定論的アルゴリズムを示し, 従来考えられていた最先端手法を上回ることができることを示す。
特に、シングルビットと2ビットのクリフォードゲートの列として2つのクリフォード回路が与えられたとき、アルゴリズムはそれらの等価性を$O(n \cdot m)$ time in the number of qubits $n$ and number of elementary Clifford gates $m$でチェックする。
動作型Stimシミュレータをバックエンドとして,1000キュービット (および10.000ゲート) の量子回路の等価性を$\sim$22秒で,100.000キュービット (deepth 10) の回路を$\sim$15分でチェックし,既存のSATベースおよびパス積分ベースのアプローチを桁違いに比較した。
このアプローチは、量子演算の応用関連部分集合の正確性が、実際には大きな回路まで検証できることを示している。
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