論文の概要: One Gate Scheme to Rule Them All: Introducing a Complex Yet Reduced
Instruction Set for Quantum Computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.05652v1
- Date: Sat, 9 Dec 2023 19:30:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-12-12 19:38:32.173217
- Title: One Gate Scheme to Rule Them All: Introducing a Complex Yet Reduced
Instruction Set for Quantum Computing
- Title（参考訳）: すべてを支配するための一つのゲートスキーム: 量子コンピューティングのための複雑で縮小された命令セットの導入
- Authors: Jianxin Chen, Dawei Ding, Weiyuan Gong, Cupjin Huang, Qi Ye
- Abstract要約: $XX+YY$結合を持つキュービットのスキームは、単一キュービットゲートまでの任意の2キュービットゲートを実現する。
一般的な$n$-qubitゲート,量子ボリューム,キュービットルーティングなど,さまざまなアプリケーションで顕著な改善が見られた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.096642301481968
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The design and architecture of a quantum instruction set are paramount to the
performance of a quantum computer. This work introduces a gate scheme for
qubits with $XX+YY$ coupling that directly and efficiently realizes any
two-qubit gate up to single-qubit gates. First, this scheme enables
high-fidelity execution of quantum operations, especially when decoherence is
the primary error source. Second, since the scheme spans the entire
$\textbf{SU}(4)$ group of two-qubit gates, we can use it to attain the optimal
two-qubit gate count for algorithm implementation. These two advantages in
synergy give rise to a quantum Complex yet Reduced Instruction Set Computer
(CRISC). Though the gate scheme is compact, it supports a comprehensive array
of quantum operations. This may seem paradoxical but is realizable due to the
fundamental differences between quantum and classical computer architectures.
Using our gate scheme, we observe marked improvements across various
applications, including generic $n$-qubit gate synthesis, quantum volume, and
qubit routing. Furthermore, the proposed scheme also realizes a gate locally
equivalent to the commonly used CNOT gate with a gate time of $\frac{\pi}{2g}$,
where $g$ is the two-qubit coupling. The AshN scheme is also completely
impervious to $ZZ$ error, the main coherent error in transversely coupled
systems, as the control parameters implementing the gates can be easily
adjusted to take the $ZZ$ term into account.
- Abstract（参考訳）: 量子命令セットの設計とアーキテクチャは、量子コンピュータの性能にとって最重要である。
この研究は、シングルキュービットゲートまでの任意の2キュービットゲートを直接かつ効率的に実現する、xx+yy$結合を持つキュービットのゲートスキームを導入する。
第一に、このスキームは、特にデコヒーレンスが主要なエラー源である場合、量子演算の忠実な実行を可能にする。
第二に、このスキームは$\textbf{SU}(4)$の2キュービットゲート群にまたがっているので、アルゴリズムの実装に最適な2キュービットゲート数を達成するために利用できる。
これら2つのシナジーの利点は、量子複雑だが還元命令セットコンピュータ(CRISC)をもたらす。
ゲートスキームはコンパクトだが、包括的な量子演算の配列をサポートする。
これはパラドックス的に見えるかもしれないが、量子コンピュータアーキテクチャと古典コンピュータアーキテクチャの根本的な違いにより実現可能である。
ゲートスキームを用いることで、ジェネリック $n$-qubit ゲート合成、量子ボリューム、キュービットルーティングなど、さまざまなアプリケーションで顕著な改善が観察される。
さらに、提案手法では、ゲート時間が$\frac{\pi}{2g}$のcnotゲートと局所的に等価なゲートも実現しており、ここでは$g$が2量子ビット結合である。
また、AshNスキームは、逆結合系における主コヒーレントエラーである$ZZ$エラーに完全に従わず、ゲートを実装する制御パラメータを容易に調整し、$ZZ$項を考慮に入れることができる。
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