論文の概要: MIRAGE: Quantum Circuit Decomposition and Routing Collaborative Design
using Mirror Gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.03874v2
- Date: Wed, 9 Aug 2023 03:32:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-10 10:40:40.909633
- Title: MIRAGE: Quantum Circuit Decomposition and Routing Collaborative Design
using Mirror Gates
- Title（参考訳）: mirage:ミラーゲートを用いた量子回路分解と経路協調設計
- Authors: Evan McKinney, Michael Hatridge, Alex K. Jones
- Abstract要約: 量子ゲートが物理的に連結された量子ビット上にあることを保証するためには、トランスパイレーションが重要である。
我々は、$texttSWAP$ gatesを最小化するための協調設計およびトランスパイル手法である$textitMIRAGE$を提案する。
我々は、$texttiSWAP$ ゲートファミリを実装するシステムがミラーゲートの恩恵を受ける方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1494662473750505
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Building efficient large-scale quantum computers is a significant challenge
due to limited qubit connectivities and noisy hardware operations.
Transpilation is critical to ensure that quantum gates are on physically linked
qubits, while minimizing $\texttt{SWAP}$ gates and simultaneously finding
efficient decomposition into native $\textit{basis gates}$. The goal of this
multifaceted optimization step is typically to minimize circuit depth and to
achieve the best possible execution fidelity. In this work, we propose
$\textit{MIRAGE}$, a collaborative design and transpilation approach to
minimize $\texttt{SWAP}$ gates while improving decomposition using
$\textit{mirror gates}$. Mirror gates utilize the same underlying physical
interactions, but when their outputs are reversed, they realize a different or
$\textit{mirrored}$ quantum operation. Given the recent attention to
$\sqrt{\texttt{iSWAP}}$ as a powerful basis gate with decomposition advantages
over $\texttt{CNOT}$, we show how systems that implement the $\texttt{iSWAP}$
family of gates can benefit from mirror gates. Further, $\textit{MIRAGE}$ uses
mirror gates to reduce routing pressure and reduce true circuit depth instead
of just minimizing $\texttt{SWAP}$s. We explore the benefits of decomposition
for $\sqrt{\texttt{iSWAP}}$ and $\sqrt[4]{\texttt{iSWAP}}$ using mirror gates,
including both expanding Haar coverage and conducting a detailed fault rate
analysis trading off circuit depth against approximate gate decomposition. We
also describe a novel greedy approach accepting mirror substitution at
different aggression levels within MIRAGE. Finally, for $\texttt{iSWAP}$
systems that use square-lattice topologies, $\textit{MIRAGE}$ provides an
average of 29.6\% reduction in circuit depth by eliminating an average of 59.9%
$\texttt{SWAP}$ gates, which ultimately improves the practical applicability of
our algorithm.
- Abstract（参考訳）: 効率的な大規模量子コンピュータの構築は、キュービット接続性とノイズの多いハードウェア操作のため、大きな課題である。
量子ゲートが物理的に連結された量子ビット上にあることを保証すると同時に、$\texttt{SWAP}$ゲートを最小化し、同時にネイティブな$\textit{basis gates}$への効率的な分解を見つけることが重要である。
この多面最適化の目標は、典型的には回路深度を最小化し、可能な限りの実行精度を達成することである。
本研究では,$\textit{mirror gates}$を用いた分解を改善しながら$\texttt{swap}$ gatesを最小化する協調設計およびトランスパイル手法である$\textit{mirror gates}$を提案する。
ミラーゲートは同じ物理相互作用を利用するが、出力が反転すると、異なるまたは$\textit{mirrored}$量子演算を実現する。
最近、$\sqrt{\textt{iSWAP}}$が$\texttt{CNOT}$よりも優れた分解の利点を持つ強力な基底ゲートとして注目されていることから、$\textt{iSWAP}$ ゲートファミリを実装するシステムがどのようにミラーゲートの恩恵を受けるかを示す。
さらに$\textit{MIRAGE}$は、$\texttt{SWAP}$sを最小化するのではなく、ミラーゲートを使用してルーティングの圧力を減らし、真の回路深さを減らす。
我々はミラーゲートを用いた$\sqrt{\texttt{iswap}}$と$\sqrt[4]{\texttt{iswap}}$の分解の利点について検討する。
また,MIRAGE内における異なる攻撃レベルのミラー置換を受け入れる新たな欲求的アプローチについても述べる。
最後に、平方格子トポロジを使用する$\texttt{iSWAP}$システムの場合、$\textit{MIRAGE}$は平均59.9%の$\texttt{SWAP}$ゲートを排除し、回路深さを29.6%削減する。
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