論文の概要: AC/DC: Automated Compilation for Dynamic Circuits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.07969v1
- Date: Tue, 10 Dec 2024 23:14:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-12 14:01:59.029617
- Title: AC/DC: Automated Compilation for Dynamic Circuits
- Title（参考訳）: AC/DC:動的回路の自動コンパイル
- Authors: Siyuan Niu, Efekan Kokcu, Anupam Mitra, Aaron Szasz, Akel Hashim, Justin Kalloor, Wibe Albert de Jong, Costin Iancu, Ed Younis,
- Abstract要約: 本稿では,任意の状態あるいはユニタリ演算子を自動生成する動的量子回路を生成するための新しいフレームワークを提案する。
状態準備のための動的回路の生成,長距離エンタングゲート,回路最適化,および格子シミュレーションへの動的回路の適用を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.41356970190072423
- License:
- Abstract: Dynamic quantum circuits incorporate mid-circuit measurements and feed-forward operations originally intended to realize Quantum Error Correction. This paradigm has recently been utilized to prepare certain states and long-range entangling gates as well as reduce resource overhead in quantum algorithms such as Quantum Fourier Transformation and Quantum Phase Estimation. In this paper, we present a novel framework for generating dynamic quantum circuits that automatically prepare any state or unitary operator. This procedure is powered by numerical optimization-based circuit synthesis methods. The first contribution is introducing optimization objective functions incorporating mid-circuit measurement and feed-forward operations. The second contribution is incorporating these into a popular open-source quantum circuit synthesis framework. We demonstrate the generation of dynamic circuits for state preparation, long-range entangling gates, circuit optimization, and the application of dynamic circuits to lattice simulations. The resulting circuits are validated through simulation and execution on quantum hardware. Furthermore, we perform noise analysis to explore the impact of different error ratios in mid-circuit measurements and gate errors, identifying scenarios where dynamic circuits offer the most significant benefits. The dynamic circuits generated by our framework show substantial improvements in reducing circuit depth and, in some cases, the number of gates required. To our knowledge, this is the first practical procedure to generate dynamic quantum circuits. Our objective functions are independent of the underlying synthesis framework and can be easily reused. This framework opens new possibilities for circuit generation and optimization methods, highlighting the potential of dynamic circuits to enhance the performance of quantum algorithms on near-term quantum computers.
- Abstract（参考訳）: 動的量子回路は、もともと量子誤差補正を実現することを意図した中間回路計測とフィードフォワード演算を取り入れている。
このパラダイムは、最近、量子フーリエ変換や量子位相推定のような量子アルゴリズムのリソースオーバーヘッドを減らすために、特定の状態と長距離エンタングゲートを準備するために利用されてきた。
本稿では,任意の状態あるいはユニタリ演算子を自動生成する動的量子回路を生成するための新しいフレームワークを提案する。
この手法は、数値最適化に基づく回路合成法によって実現されている。
最初の貢献は、中間回路計測とフィードフォワード操作を取り入れた最適化目標関数の導入である。
第2のコントリビューションは、これらを人気のあるオープンソースの量子回路合成フレームワークに組み込むことである。
状態準備のための動的回路の生成,長距離エンタングゲート,回路最適化,および格子シミュレーションへの動的回路の適用を実証する。
結果の回路は、量子ハードウェア上でのシミュレーションと実行によって検証される。
さらに、ノイズ分析を行い、中間回路計測とゲート誤差における異なる誤差比の影響を探索し、動的回路が最も重要な利点をもたらすシナリオを特定する。
筆者らが生成した動的回路は回路深度を低減し,場合によってはゲート数も大幅に向上した。
我々の知る限り、これは動的量子回路を生成するための最初の実用的な方法である。
我々の目的関数は、基礎となる合成フレームワークとは独立であり、容易に再利用できる。
このフレームワークは、回路生成と最適化の新しい可能性を開き、動的回路の可能性を強調し、短期量子コンピュータにおける量子アルゴリズムの性能を高める。
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