論文の概要: Dynamic quantum circuit compilation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.11021v2
- Date: Tue, 21 Nov 2023 11:02:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-23 04:41:45.896018
- Title: Dynamic quantum circuit compilation
- Title（参考訳）: 動的量子回路のコンパイル
- Authors: Kun Fang, Munan Zhang, Ruqi Shi, and Yinan Li
- Abstract要約: 量子ハードウェアの最近の進歩は、中間回路の測定とリセットを導入し、測定量子ビットの再利用を可能にしている。
本稿では,静的量子回路を動的同値に変換するプロセスである動的量子回路コンパイルの体系的研究について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.550577505893367
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computing has shown tremendous promise in addressing complex
computational problems, yet its practical realization is hindered by the
limited availability of qubits for computation. Recent advancements in quantum
hardware have introduced mid-circuit measurements and resets, enabling the
reuse of measured qubits and significantly reducing the qubit requirements for
executing quantum algorithms. In this work, we present a systematic study of
dynamic quantum circuit compilation, a process that transforms static quantum
circuits into their dynamic equivalents with a reduced qubit count through
qubit-reuse. We establish the first general framework for optimizing the
dynamic circuit compilation via graph manipulation. In particular, we
completely characterize the optimal quantum circuit compilation using binary
integer programming, provide efficient algorithms for determining whether a
given quantum circuit can be reduced to a smaller circuit and present heuristic
algorithms for devising dynamic compilation schemes in general. Furthermore, we
conduct a thorough analysis of quantum circuits with practical relevance,
offering optimal compilations for well-known quantum algorithms in quantum
computation, ansatz circuits utilized in quantum machine learning, and
measurement-based quantum computation crucial for quantum networking. We also
perform a comparative analysis against state-of-the-art approaches,
demonstrating the superior performance of our methods in both structured and
random quantum circuits. Our framework lays a rigorous foundation for
comprehending dynamic quantum circuit compilation via qubit-reuse, bridging the
gap between theoretical quantum algorithms and their physical implementation on
quantum computers with limited resources.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは複雑な計算問題に対処する上で非常に有望であるが、実際の実現は量子ビットの計算能力の限界によって妨げられている。
量子ハードウェアの最近の進歩は、中回路計測とリセットを導入し、測定された量子ビットの再利用を可能にし、量子アルゴリズムの実行に必要な量子ビットを著しく削減した。
本研究では,静的量子回路を量子ビット再使用により量子ビット数を削減した動的等価回路に変換するプロセスである動的量子回路コンパイルの体系的研究を行う。
グラフ操作による動的回路コンパイルを最適化する最初の汎用フレームワークを構築した。
特に,バイナリ整数計画を用いた最適量子回路コンパイルを完全に特徴付けし,与えられた量子回路をより小さな回路に還元できるかどうかを判断するための効率的なアルゴリズムを提供し,動的コンパイルスキームを一般に考案するためのヒューリスティックアルゴリズムを提案する。
さらに,量子計算においてよく知られた量子アルゴリズムの最適コンパイル,量子機械学習で使用されるアンサッツ回路,量子ネットワークに不可欠な測定に基づく量子計算を提供する,実用的な量子回路の徹底的な解析を行う。
また、構造化量子回路とランダム量子回路の両方における手法の優れた性能を実証し、最先端手法との比較分析を行った。
我々のフレームワークは、量子ビット再利用による動的量子回路のコンパイルの厳密な基礎を築き、理論量子アルゴリズムと限られたリソースを持つ量子コンピュータへの物理実装のギャップを埋める。
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