論文の概要: YAQQ: Yet Another Quantum Quantizer -- Design Space Exploration of Quantum Gate Sets using Novelty Search
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.17610v1
- Date: Tue, 25 Jun 2024 14:55:35 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-26 13:11:55.525331
- Title: YAQQ: Yet Another Quantum Quantizer -- Design Space Exploration of Quantum Gate Sets using Novelty Search
- Title（参考訳）: YAQQ: もう1つの量子量子化器 -- ノベルティ探索を用いた量子ゲートセットの設計空間探索
- Authors: Aritra Sarkar, Akash Kundu, Matthew Steinberg, Sibasish Mishra, Sebastiaan Fauquenot, Tamal Acharya, Jarosław A. Miszczak, Sebastian Feld,
- Abstract要約: 本稿では,量子処理ユニットと制御プロトコルのネイティブゲートに基づく比較解析を行うソフトウェアツールを提案する。
開発されたソフトウェアYAQQ(Yet Another Quantum Quantizer)は、最適化された量子ゲートセットの発見を可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9932551365711049
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: In the standard circuit model of quantum computation, the number and quality of the quantum gates composing the circuit influence the runtime and fidelity of the computation. The fidelity of the decomposition of quantum algorithms, represented as unitary matrices, to bounded depth quantum circuits depends strongly on the set of gates available for the decomposition routine. To investigate this dependence, we explore the design space of discrete quantum gate sets and present a software tool for comparative analysis of quantum processing units and control protocols based on their native gates. The evaluation is conditioned on a set of unitary transformations representing target use cases on the quantum processors. The cost function considers three key factors: (i) the statistical distribution of the decomposed circuits' depth, (ii) the statistical distribution of process fidelities for the approximate decomposition, and (iii) the relative novelty of a gate set compared to other gate sets in terms of the aforementioned properties. The developed software, YAQQ (Yet Another Quantum Quantizer), enables the discovery of an optimized set of quantum gates through this tunable joint cost function. To identify these gate sets, we use the novelty search algorithm, circuit decomposition techniques, and stochastic optimization to implement YAQQ within the Qiskit quantum simulator environment. YAQQ exploits reachability tradeoffs conceptually derived from quantum algorithmic information theory. Our results demonstrate the pragmatic application of identifying gate sets that are advantageous to popularly used quantum gate sets in representing quantum algorithms. Consequently, we demonstrate pragmatic use cases of YAQQ in comparing transversal logical gate sets in quantum error correction codes, designing optimal quantum instruction sets, and compiling to specific quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 量子計算の標準的な回路モデルでは、回路を構成する量子ゲートの数と品質が計算のランタイムと忠実性に影響を与える。
ユニタリ行列として表される量子アルゴリズムの分解の完全性は、境界深さ量子回路に対する分解ルーチンで利用可能なゲートの集合に強く依存する。
本研究は、離散量子ゲートセットの設計空間を探索し、その固有ゲートに基づく量子処理ユニットと制御プロトコルの比較分析を行うソフトウェアツールを提案する。
評価は、量子プロセッサ上のターゲットユースケースを表すユニタリ変換のセットに条件付けされる。
コスト関数には3つの重要な要素がある。
(i)分解回路の深さの統計分布
二 近似分解のためのプロセス忠実度の統計分布及び
三 上記プロパティの点で他のゲートセットと比較して門の相対的な新規性
開発されたソフトウェアYAQQ(Yet Another Quantum Quantizer)は、このチューニング可能なジョイントコスト関数を通じて、最適化された量子ゲートのセットを発見できる。
これらのゲートセットを同定するために、Qiskit量子シミュレータ環境内でYAQQを実装するために、新規探索アルゴリズム、回路分解手法、確率最適化を用いる。
YAQQは、概念的には量子アルゴリズム情報理論から派生した到達可能性トレードオフを利用する。
本研究は,量子アルゴリズムの表現において広く用いられる量子ゲート集合に有利なゲート集合を同定する実用的応用を実証するものである。
その結果,量子誤り訂正符号における横方向論理ゲートセットの比較,最適量子命令セットの設計,特定の量子プロセッサへのコンパイルにおいて,YAQQの実用例を示す。
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