論文の概要: Quantum Compilation Toolkit for Rydberg Atom Arrays with Implications for Problem Hardness and Quantum Speedups

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.14976v1
• Date: Thu, 19 Dec 2024 15:51:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-20 13:29:32.793345
• Title: Quantum Compilation Toolkit for Rydberg Atom Arrays with Implications for Problem Hardness and Quantum Speedups
• Title（参考訳）: 問題硬度と量子スピードアップを考慮したRydberg原子配列の量子コンパイルツールキット
• Authors: Martin J. A. Schuetz, Ruben S. Andrist, Grant Salton, Romina Yalovetzky, Rudy Raymond, Yue Sun, Atithi Acharya, Shouvanik Chakrabarti, Marco Pistoia, Helmut G. Katzgraber,
• Abstract要約: 我々は、Rydberg atom array に基づく量子ハードウェア上での最大独立集合(MIS)問題を解決するための量子コンパイルツールキットを提案し、実装する。 第1のモジュール(リデューサ)はハードウェアに依存しない決定論的還元論理を提供し、遅延斜め除去による問題サイズを反復的に減少させる。 第2モジュール(互換性チェッカー)はハードウェア互換性チェッカーを実装し、与えられた入力グラフがRydberg量子ハードウェアの制約と互換性があるかどうかを素早く判定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.768162968271769
• License:
• Abstract: We propose and implement a comprehensive quantum compilation toolkit for solving the maximum independent set (MIS) problem on quantum hardware based on Rydberg atom arrays. Our end-to-end pipeline involves three core components to efficiently map generic MIS instances onto Rydberg arrays with unit-disk connectivity, with modules for graph reduction, hardware compatibility checks, and graph embedding. The first module (reducer) provides hardware-agnostic and deterministic reduction logic that iteratively reduces the problem size via lazy clique removals. We find that real-world networks can typically be reduced by orders of magnitude on sub-second time scales, thus significantly cutting down the eventual load for quantum devices. Moreover, we show that reduction techniques may be an important tool in the ongoing search for potential quantum speedups, given their ability to identify hard problem instances. In particular, for Rydberg-native MIS instances, we observe signatures of an easy-hard-easy transition and quantify a critical degree indicating the onset of a hard problem regime. The second module (compatibility checker) implements a hardware compatibility checker that quickly determines whether or not a given input graph may be compatible with the restrictions imposed by Rydberg quantum hardware. The third module (embedder) describes hardware-efficient graph embedding routines to generate (approximate) encodings with controllable overhead and optimized ancilla placements. We exemplify our pipeline with experiments run on the QuEra Aquila device available on Amazon Braket. In aggregate, our work provides a set of tools that extends the class of problems that can be tackled with near-term Rydberg atom arrays.
• Abstract（参考訳）: 我々は、Rydberg atom array に基づく量子ハードウェア上での最大独立集合(MIS)問題を解決するための包括的な量子コンパイルツールキットを提案し、実装する。 エンドツーエンドパイプラインには,汎用MISインスタンスを単位ディスク接続でRydberg配列に効率的にマッピングする3つのコアコンポーネントが含まれています。 第1のモジュール(リデューサ)はハードウェアに依存しない決定論的還元論理を提供し、遅延斜め除去による問題サイズを反復的に減少させる。 実世界のネットワークは通常、秒以下の時間スケールで桁違いに削減され、量子デバイスに対する最終的な負荷が大幅に削減される。 さらに,難題の特定能力を考えると,量子スピードアップの可能性を探究する上で,還元手法が重要なツールである可能性が示唆された。 特に、Rydberg-native MISインスタンスでは、簡単なハード-イージー遷移のシグネチャを観察し、ハード問題体制の開始を示す臨界度を定量化する。 第2モジュール(互換性チェッカー)はハードウェア互換性チェッカーを実装し、与えられた入力グラフがRydberg量子ハードウェアの制約と互換性があるかどうかを素早く判定する。 第3のモジュール(エンベッドダー)はハードウェア効率のよいグラフ埋め込みルーチンを記述し、制御可能なオーバーヘッドと最適化されたアンシラ配置を持つ(近似)エンコーディングを生成する。 当社のパイプラインを例示して,Amazon Braketで利用可能なQuEra Aquilaデバイス上での実験を行っています。 まとめると、我々の研究は、Rydberg atom array に対処できる問題のクラスを拡張する一連のツールを提供する。

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