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/2312.05652v2
- Date: Mon, 13 May 2024 08:17:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-15 00:53:00.173569
- Title: One Gate Scheme to Rule Them All: Introducing a Complex Yet Reduced Instruction Set for Quantum Computing
- Title（参考訳）: One Gate Scheme to Rule them: Introducing a Complex yet Reduced Instruction Set for Quantum Computing
- 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ゲート合成、量子ボリューム、キュービットルーティングなど、様々な応用において顕著な改善が見られた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.478982715648547
- 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 and achieves minimum possible gate times. 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最優先される。
本研究は,1量子ゲートまでの任意の2量子ゲートを直接かつ効率的に実現する,$XX+YY$結合を持つ量子ビットのゲートスキームを導入する。
第一に、このスキームは量子演算の高忠実度実行を可能にし、最小限のゲート時間を達成する。
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ーアーキテクチャの根本的な違いのために実現可能である。
ゲート方式を用いて、一般的な$n$-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、様々な応用において顕著な改善が見られた。
さらに, 提案方式では, ゲート時間$\frac{\pi}{2g}$のCNOTゲートと局所的に等価なゲートを実現している。
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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