論文の概要: Resource Bounds for Quantum Circuit Mapping via Quantum Circuit
Complexity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.00478v1
- Date: Thu, 1 Feb 2024 10:32:05 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-02 15:36:11.598473
- Title: Resource Bounds for Quantum Circuit Mapping via Quantum Circuit
Complexity
- Title（参考訳）: 量子回路複雑度を用いた量子回路マッピングのためのリソース境界
- Authors: Matthew Steinberg, Medina Bandic, Sacha Szkudlarek, Carmen G.
Almudever, Aritra Sarkar, Sebastian Feld
- Abstract要約: デバイス上で量子回路を実行するための最小のSWAPゲートカウントが、量子状態間の距離の最小化によって現れることを示す。
この研究は、量子回路の非複雑性を実際に関連する量子コンピューティングに初めて利用するものである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0879875537360844
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Efficiently mapping quantum circuits onto hardware is an integral part of the
quantum compilation process, wherein a quantum circuit is modified in
accordance with the stringent architectural demands of a quantum processor.
Many techniques exist for solving the quantum circuit mapping problem, many of
which relate quantum circuit mapping to classical computer science. This work
considers a novel perspective on quantum circuit mapping, in which the routing
process of a simplified circuit is viewed as a composition of quantum
operations acting on density matrices representing the quantum circuit and
processor. Drawing on insight from recent advances in quantum information
theory and information geometry, we show that a minimal SWAP gate count for
executing a quantum circuit on a device emerges via the minimization of the
distance between quantum states using the quantum Jensen-Shannon divergence.
Additionally, we develop a novel initial placement algorithm based on a graph
similarity search that selects the partition nearest to a graph isomorphism
between interaction and coupling graphs. From these two ingredients, we then
construct a polynomial-time algorithm for calculating the SWAP gate lower
bound, which is directly compared alongside the IBM Qiskit compiler for over
600 realistic benchmark experiments, as well as against a brute-force method
for smaller benchmarks. In our simulations, we unambiguously find that neither
the brute-force method nor the Qiskit compiler surpass our bound, implying
utility as a precise estimation of minimal overhead when realizing quantum
algorithms on constrained quantum hardware. This work constitutes the first use
of quantum circuit uncomplexity to practically-relevant quantum computing. We
anticipate that this method may have diverse applicability outside of the scope
of quantum information science, and we discuss several of these possibilities.
- Abstract（参考訳）: 量子回路をハードウェアに効率的にマッピングすることは、量子コンパイルプロセスの不可欠な部分であり、量子回路は量子プロセッサの厳密なアーキテクチャ要求に応じて修正される。
量子回路マッピング問題の解決には多くの技術があり、その多くは量子回路マッピングと古典的なコンピュータ科学に関するものである。
この研究は、単純化された回路のルーティング過程を量子回路とプロセッサを表す密度行列に作用する量子演算の合成と見なす量子回路マッピングに関する新しい視点を考察する。
量子情報理論と情報幾何の最近の進歩から得られた知見に基づき、量子jensen-shannonダイバージェンスを用いた量子状態間の距離の最小化により、デバイス上で量子回路を実行するための最小スワップゲートカウントが出現することを示す。
さらに,対話グラフと結合グラフの間のグラフ同型に最も近い分割を選択するグラフ類似性探索に基づく新しい初期配置アルゴリズムを開発した。
これら2つの指標から, SWAPゲート下界を計算する多項式時間アルゴリズムを構築し, IBM Qiskitコンパイラと直接比較し,600以上の現実的なベンチマーク実験を行い, より小さなベンチマークに対するブルートフォース法と比較した。
シミュレーションでは、ブルートフォース法もカイスキットコンパイラも、制約付き量子ハードウェア上で量子アルゴリズムを実現する際の最小オーバーヘッドの正確な推定法として有効であることを示す。
この研究は、量子回路を実際に関連する量子コンピューティングに非複雑に初めて使用することを構成する。
本手法は,量子情報科学の範囲外において多種多様な応用が期待でき,いくつかの可能性について論じる。
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