論文の概要: Optimal Partitioning of Quantum Circuits using Gate Cuts and Wire Cuts
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.09567v1
- Date: Fri, 18 Aug 2023 13:59:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-21 12:57:14.607383
- Title: Optimal Partitioning of Quantum Circuits using Gate Cuts and Wire Cuts
- Title（参考訳）: ゲートカットとワイヤカットを用いた量子回路の最適分割
- Authors: Sebastian Brandhofer, Ilia Polian, Kevin Krsulich
- Abstract要約: 量子ビット数の制限、高いエラー率、限られた量子ビット接続は、効率的な短期量子計算の大きな課題である。
量子回路分割は、量子計算を小さな量子(サブ)回路と古典的な後処理ステップを含む一連の計算に分割する。
量子回路編み込みの最近の進歩に基づく最適分割法を開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0507729375838437
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: A limited number of qubits, high error rates, and limited qubit connectivity
are major challenges for effective near-term quantum computations. Quantum
circuit partitioning divides a quantum computation into a set of computations
that include smaller-scale quantum (sub)circuits and classical postprocessing
steps. These quantum subcircuits require fewer qubits, incur a smaller effort
for satisfying qubit connectivity requirements, and typically incur less error.
Thus, quantum circuit partitioning has the potential to enable quantum
computations that would otherwise only be available on more matured hardware.
However, partitioning quantum circuits generally incurs an exponential increase
in quantum computing runtime by repeatedly executing quantum subcircuits.
Previous work results in non-optimal subcircuit executions hereby limiting the
scope of quantum circuit partitioning.
In this work, we develop an optimal partitioning method based on recent
advances in quantum circuit knitting. By considering wire cuts and gate cuts in
conjunction with ancilla qubit insertions and classical communication, the
developed method can determine a minimal cost quantum circuit partitioning.
Compared to previous work, we demonstrate the developed method to reduce the
overhead in quantum computing time by 73% on average for 56% of evaluated
quantum circuits. Given a one hour runtime budget on a typical near-term
quantum computer, the developed method could reduce the qubit requirement of
the evaluated quantum circuits by 40% on average. These results highlight the
ability of the developed method to extend the computational reach of near-term
quantum computers by reducing the qubit requirement at a lower increase in
quantum circuit executions.
- Abstract（参考訳）: 量子ビット数の制限、高いエラー率、限られた量子ビット接続は、効率的な短期量子計算の大きな課題である。
量子回路分割は、量子計算を小さな量子(サブ)回路と古典的な後処理ステップを含む一連の計算に分割する。
これらの量子サブサーキットは、キュービットを少なくし、キュービット接続要件を満たすための労力を少なくし、通常はエラーを少なくする。
したがって、量子回路分割は、より成熟したハードウェアでのみ使用可能な量子計算を可能にする可能性がある。
しかし、量子回路の分割は一般に、繰り返し量子サブ回路を実行することによって、量子コンピューティングランタイムの指数的な増加を引き起こす。
それまでの作業は、量子回路分割の範囲を制限することにより、最適でないサブ回路の実行をもたらす。
本研究では,近年の量子回路編み物の進歩を活かした最適分割法を提案する。
アンシラ量子ビット挿入と古典的通信を併用したワイヤカットとゲートカットを考慮し、最小コストの量子回路分割を決定できる。
従来の研究と比較して,評価量子回路の56%において,量子コンピューティング時間のオーバーヘッドを平均で73%削減する手法を実証した。
典型的な短期量子コンピュータ上で1時間のランタイム予算が与えられた場合、提案手法は評価された量子回路の量子ビット要求を平均40%削減する。
これらの結果は,量子回路の実行量の増加にともなって,量子ビット要求を小さくすることで,短期量子コンピュータの計算範囲を拡大する手法の能力を強調した。
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