論文の概要: Causal flow preserving optimisation of quantum circuits in the ZX-calculus

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.02793v2
• Date: Thu, 25 Jan 2024 23:02:20 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-29 17:39:04.171245
• Title: Causal flow preserving optimisation of quantum circuits in the ZX-calculus
• Title（参考訳）: ZX計算における量子回路の因果流保存最適化
• Authors: Calum Holker
• Abstract要約: 本稿では,非クリフォードゲート数と2ビットゲート数の最小化を目的とした最適化アルゴリズムを提案する。 回路をZXダイアグラムに変換することで、回路に戻る前に単純化することができる。 QFT回路を最適化するための特に効果的な戦略も注目されており、非クリフォードゲートに対して正確に1つの2ビットゲートとなる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Optimising quantum circuits to minimise resource usage is crucial, especially with near-term hardware limited by quantum volume. This paper introduces an optimisation algorithm aiming to minimise non-Clifford gate count and two-qubit gate count by building on ZX-calculus-based strategies. By translating a circuit into a ZX-diagram it can be simplified before being extracted back into a circuit. We assert that simplifications preserve a graph-theoretic property called causal flow. This has the advantage that qubit lines are well defined throughout, permitting a trivial extraction procedure and in turn enabling the calculation of an individual transformation's impact on the resulting circuit. A general procedure for a decision strategy is introduced, inspired by an existing heuristic based method. Both phase teleportation and the neighbour unfusion rule are generalised. In particular, allowing unfusion of multiple neighbours is shown to lead to significant improvements in optimisation. When run on a set of benchmark circuits, the algorithm developed reduces the two-qubit gate count by an average of 19.8%, beating both the previous best ZX-based strategy (14.6%) and non-ZX strategy (18.5%) at the time of publication. This lays a foundation for multiple avenues of improvement. A particularly effective strategy for optimising QFT circuits is also noted, resulting in exactly one two-qubit gate per non-Clifford gate.
• Abstract（参考訳）: リソース使用量を最小化するための量子回路の最適化は、特に量子ボリュームに制限された短期ハードウェアにおいて重要である。 本稿では,ZX計算に基づく戦略に基づいて,非クリフォードゲート数と2ビットゲート数を最小化する最適化アルゴリズムを提案する。 回路をZXダイアグラムに変換することで、回路に戻る前に単純化することができる。 単純化は因果フローと呼ばれるグラフ理論的な性質を保存できると主張する。 これは、量子ビット線が全体にわたってよく定義され、自明な抽出手順を許容し、その結果の回路に対する個々の変換の影響の計算を可能にするという利点を持つ。 決定戦略の一般的な手順は、既存のヒューリスティックな手法にインスパイアされたものである。 位相テレポーテーションと近隣のアンフュージョンルールの両方が一般化される。 特に、複数の隣人を解離させることは、最適化の大幅な改善につながることが示されている。 ベンチマーク回路上で実行される場合、アルゴリズムは2ビットゲート数を平均19.8%削減し、それまでの最高のZXベースの戦略(14.6%)と非ZX戦略(18.5%)を上回った。 これは、改善の複数の道の基礎となる。 QFT回路を最適化するための特に効果的な戦略も注目されており、非クリフォードゲートに対して正確に1つの2ビットゲートとなる。

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