論文の概要: Gate teleportation-assisted routing for quantum algorithms

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.04138v1
• Date: Thu, 06 Feb 2025 15:18:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-07 14:32:15.523816
• Title: Gate teleportation-assisted routing for quantum algorithms
• Title（参考訳）: ゲートテレポーテーションを用いた量子アルゴリズムのルーティング
• Authors: Aravind Plathanam Babu, Oskari Kerppo, Andrés Muñoz Moller, Majid Haghparast, Matti Silveri,
• Abstract要約: この研究は、キュービットルーティング効率を改善するために、遠隔ゲートの可能性を探究する。 本稿では,ゲートテレポーテーションを補助するルーティング手法を提案する。 各種ベンチマークアルゴリズムにおいて,ゲートテレポーテーション支援ルーティングを用いた奥行き低減効果を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: The limited qubit connectivity of quantum processors poses a significant challenge in deploying practical algorithms and logical gates, necessitating efficient qubit mapping and routing strategies. When implementing a gate that requires additional connectivity beyond the native connectivity, the qubit state must be moved to a nearby connected qubit to execute the desired gate locally. This is typically achieved using a series of SWAP gates creating a SWAP path. However, routing methods relying on SWAP gates often lead to increased circuit depth and gate count, motivating the need for alternative approaches. This work explores the potential of teleported gates to improve qubit routing efficiency, focusing on implementation within specific hardware topologies and benchmark quantum algorithms. We propose a routing method that is assisted by gate teleportation. It establishes additional connectivity using gate teleportation paths through available unused qubits, termed auxiliary qubits, within the topology. To optimize this approach, we have developed an algorithm to identify the best gate teleportation connections, considering their potential to reduce the depth of the circuit and address possible errors that may arise from the teleportation paths. Finally, we demonstrate depth reduction with gate teleportation-assisted routing in various benchmark algorithms, including case studies on the compilation of the Deutsch-Jozsa algorithm and the Quantum Approximation Optimization Algorithm (QAOA) for heavy-hexagon topology used in IBM 127-qubit Eagle r3 processors. Our benchmark results show a 10-20 $\%$ depth reduction in the routing of selected algorithms compared to regular routing without using the teleported gate.
• Abstract（参考訳）: 量子プロセッサの量子ビット接続の制限は、実用的なアルゴリズムと論理ゲートを配置し、効率的な量子ビットマッピングとルーティング戦略を必要とするという大きな課題をもたらす。 ネイティブ接続以上の接続を必要とするゲートを実装する場合、キュービット状態は、所望のゲートをローカルに実行するために、近くの接続キュービットに移動しなければならない。 これは通常、SWAPパスを生成する一連のSWAPゲートを使用して達成される。 しかし、SWAPゲートに依存するルーティング手法は、しばしば回路深度とゲート数の増加をもたらし、代替アプローチの必要性を動機付けている。 この研究は、特定のハードウェアトポロジやベンチマーク量子アルゴリズムの実装に焦点をあて、キュービットルーティング効率を改善するための伝送ゲートの可能性を探る。 本稿では,ゲートテレポーテーションを補助するルーティング手法を提案する。 トポロジー内では、利用可能な未使用キュービット(補助キュービットと呼ばれる)を介してゲートテレポーテーションパスを使用して追加接続を確立する。 このアプローチを最適化するために,回路の深さを小さくし,伝送路から発生する可能性のあるエラーに対処する可能性を考慮して,最適なゲート伝送接続を同定するアルゴリズムを開発した。 最後に,IBM 127量子イーグル r3 プロセッサで用いられるヘキサゴントポロジに対するDeutsch-Jozsa アルゴリズムと量子近似最適化アルゴリズム (QAOA) のコンパイルに関するケーススタディを含む,様々なベンチマークアルゴリズムにおけるゲートテレポーテーション支援ルーティングによる深さの低減を示す。 評価の結果,伝送ゲートを使わずに通常のルーティングと比較して,選択したアルゴリズムのルーティングの深さを10～20$\%削減できることがわかった。

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