論文の概要: Multi-controlled Phase Gate Synthesis with ZX-calculus applied to Neutral Atom Hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.10864v2
• Date: Mon, 12 Aug 2024 11:21:10 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-08-13 23:48:12.729279
• Title: Multi-controlled Phase Gate Synthesis with ZX-calculus applied to Neutral Atom Hardware
• Title（参考訳）: ニュートラル原子ハードウェアに応用したZX計算による多制御相ゲート合成
• Authors: Korbinian Staudacher, Ludwig Schmid, Johannes Zeiher, Robert Wille, Dieter Kranzlmüller,
• Abstract要約: 本稿では,ZX計算を用いて多制御位相ゲートを合成する手法を提案する。 量子回路をZX図のようなグラフとして表現することで、対角ゲートの異なるグラフ構造を利用することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.536162003546062
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum circuit synthesis describes the process of converting arbitrary unitary operations into a gate sequence of a fixed universal gate set, usually defined by the operations native to a given hardware platform. Most current synthesis algorithms are designed to synthesize towards a set of single qubit rotations and an additional entangling two qubit gate, such as CX, CZ, or the Molmer Sorensen gate. However, with the emergence of neutral atom based hardware and their native support for gates with more than two qubits, synthesis approaches tailored to these new gate sets become necessary. In this work, we present an approach to synthesize multi controlled phase gates using ZX calculus. By representing quantum circuits as graph like ZX diagrams, one can utilize the distinct graph structure of diagonal gates to identify multi controlled phase gates inherently present in some quantum circuits even if none were explicitly defined in the original circuit. We evaluate the approach on a wide range of benchmark circuits and compare them to the standard Qiskit synthesis regarding its circuit execution time for neutral atom based hardware with native support of multi controlled gates. Our results show possible advantages for current state of the art hardware and represent the first exact synthesis algorithm supporting arbitrary sized multi controlled phase gates.
• Abstract（参考訳）: 量子回路合成は、任意のユニタリ演算を固定された普遍ゲートセットのゲートシーケンスに変換する過程を記述している。 現在の合成アルゴリズムは、単一量子ビットの回転と、CX、CZ、モルマー・ソレンセンゲートなどの2つの量子ビットゲートを絡み合わせるように設計されている。 しかし、中性原子ベースのハードウェアの出現と、2量子ビット以上のゲートのネイティブサポートにより、これらの新しいゲートセットに適した合成アプローチが必要である。 本研究では,ZX計算を用いて多制御位相ゲートを合成する手法を提案する。 量子回路をZX図のようなグラフとして表現することにより、対角ゲートの異なるグラフ構造を利用して、元の回路で明示的に定義されていなくても、いくつかの量子回路に本質的に存在する多重制御相ゲートを識別することができる。 そこで我々は, マルチコントロールゲートをネイティブにサポートした中性原子ベースのハードウェアの回路実行時間について, 様々なベンチマーク回路に対するアプローチを評価し, 標準的なカイスキット合成と比較した。 以上の結果から,現在最先端ハードウェアの利点が示され,任意のサイズのマルチ制御位相ゲートをサポートする最初の正確な合成アルゴリズムが示される。

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