論文の概要: Design the Quantum Instruction Set with the Cartan Coordinate Analysis Framework
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.04008v1
- Date: Sat, 5 Oct 2024 02:53:20 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-02 14:40:27.560061
- Title: Design the Quantum Instruction Set with the Cartan Coordinate Analysis Framework
- Title（参考訳）: カルタン座標解析フレームワークを用いた量子命令セットの設計
- Authors: Anbang Wu,
- Abstract要約: より非標準の2ビットゲートがデバイス上で実装され、校正できるようになった。
非標準ゲートに基づく量子命令セットの設計を容易にする分析フレームワークを提案する。
非標準の2ビット命令でユニタリ分解コストを削減できるフレームワークに基づくコンパイラを開発する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8547032097715571
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Most quantum compiling efforts rely on standard two-qubit basis gates, such as CX and iSWAP, to implement general quantum operations. However, with the advancement of quantum architecture design, more nonstandard two-qubit gates can now be implemented and calibrated on devices. Using these nonstandard gates may improve the performance of quantum computation. Despite this potential, it remains unclear how to efficiently incorporate these nonstandard gates into the quantum instruction set to enhance quantum advantage. To address this, we propose an analytical framework that facilitates the design of quantum instruction sets based on nonstandard gates. Our approach is grounded in the KAK decomposition and an analysis of the Cartan coordinate of two-qubit operations, enabling analytical conversion between any two two-qubit operations. This framework also demonstrates the lower and upper bounds of the conversion cost, revealing the relationship between the entangling power of two-qubit instructions and their Cartan coordinates. We further develop a compiler based on the analytical framework, which reduces the unitary decomposition cost with nonstandard two-qubit instructions. Using the proposed compiler, we evaluate various options for designing a quantum instruction set based on nonstandard gates. Our experiments demonstrate the efficiency of the proposed framework in the quantum instruction set design. Compared to the state-of-the-art method that is based on the numerical search, our framework reduces the time/resource overhead of exploring the instruction set design space by thousands of times. Moreover, with the established framework, we propose feasible designs for the quantum instruction set by modeling real-world quantum processors, further promoting the quantum advantage.
- Abstract（参考訳）: ほとんどの量子コンパイルは、一般的な量子演算を実装するために、CXやiSWAPのような標準的な2量子基底ゲートに依存している。
しかし、量子アーキテクチャ設計の進歩により、より標準でない2ビットゲートがデバイス上で実装され、校正できるようになった。
これらの非標準ゲートを使用することで、量子計算の性能が向上する可能性がある。
この可能性にもかかわらず、量子優位性を高めるためにこれらの非標準ゲートを量子命令セットに効率的に組み込む方法は不明である。
そこで本研究では,非標準ゲートに基づく量子命令セットの設計を容易にする解析フレームワークを提案する。
提案手法は, KAK分解と2量子演算のカルタン座標の解析に基礎を置いており, 任意の2量子演算間の解析変換を可能にする。
このフレームワークはまた、変換コストの下限と上限を実証し、2ビット命令の絡み合うパワーとカルタン座標の関係を明らかにする。
さらに,解析フレームワークに基づくコンパイラを開発し,非標準2ビット命令によるユニタリ分解コストを低減する。
提案するコンパイラを用いて、非標準ゲートに基づく量子命令セットを設計するための様々な選択肢を評価する。
本実験は,量子命令セット設計における提案手法の有効性を実証するものである。
数値探索に基づく最先端手法と比較して,我々のフレームワークは命令セット設計空間を何千回も探索する際の時間/リソースのオーバーヘッドを低減する。
さらに、確立されたフレームワークを用いて、実世界の量子プロセッサをモデル化し、量子命令セットの実現可能な設計を提案し、量子優位性をさらに促進する。
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