論文の概要: Automated Auxiliary Qubit Allocation in High-Level Quantum Programming

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.20543v1
• Date: Sun, 29 Dec 2024 18:19:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-31 16:04:32.021077
• Title: Automated Auxiliary Qubit Allocation in High-Level Quantum Programming
• Title（参考訳）: 高レベル量子プログラミングにおける補助量子割り当ての自動化
• Authors: Evandro C. R. Rosa, Jerusa Marchi, Eduardo I. Duzzioni, Rafael de Santiago,
• Abstract要約: マルチキュービットゲート分解のための補助量子ビットの割り当てを自動化することで、量子回路のコンパイルを最適化する手法を提案する。 このアプローチは、高レベルの量子プログラミングプラットフォームKetで実装され、評価される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.31457219084519
• License:
• Abstract: We present a method for optimizing quantum circuit compilation by automating the allocation of auxiliary qubits for multi-qubit gate decompositions. This approach is implemented and evaluated within the high-level quantum programming platform Ket. Our results indicate that the decomposition of multi-qubit gates is more effectively handled by the compiler, which has access to all circuit parameters, rather than through a quantum programming API. To evaluate the approach, we compared our implementation against Qiskit, a widely used quantum programming platform, by analyzing two quantum algorithms. Using a 16-qubit QPU, we observed a reduction of 87% in the number of CNOT gates in Grover's algorithm for 9 qubits. For a state preparation algorithm with 7 qubits, the number of CNOT gates was reduced from $2.8\times10^7$ to $5.7\times10^3$, leveraging additional Ket optimizations for high-level quantum program constructions. Overall, a quadratic reduction in the number of CNOT gates in the final circuit was observed, with greater improvements achieved when more auxiliary qubits were available. These findings underscore the importance of automatic resource management, such as auxiliary qubit allocation, in optimizing quantum applications and improving their suitability for near-term quantum hardware.
• Abstract（参考訳）: マルチキュービットゲート分解のための補助量子ビットの割り当てを自動化することで、量子回路のコンパイルを最適化する手法を提案する。 このアプローチは、高レベルの量子プログラミングプラットフォームKetで実装され、評価される。 この結果から,マルチキュービットゲートの分解は,量子プログラミングAPIではなく,全ての回路パラメータにアクセス可能なコンパイラによってより効果的に処理されることが示唆された。 提案手法を評価するために,2つの量子アルゴリズムを解析することにより,広く利用されている量子プログラミングプラットフォームであるQiskitに対する実装を比較した。 16量子QPUを用いて,Groverの9量子ビットに対するアルゴリズムにおいて,CNOTゲート数の87%の削減が観測された。 7量子ビットを持つ状態準備アルゴリズムでは、CNOTゲートの数は2.8\times10^7$から5.7\times10^3$に減らされ、高レベルの量子プログラム構築のためにケト最適化が加えられた。 全体として、最終回路におけるCNOTゲート数の2次減少が観測され、より補助量子ビットが利用可能になったときに改善が得られた。 これらの知見は、量子アプリケーションの最適化と短期量子ハードウェアへの適合性の改善において、補助量子ビット割り当てのような自動リソース管理の重要性を強調している。

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