論文の概要: Exhaustive Search for Quantum Circuit Optimization using ZX Calculus

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.10983v1
• Date: Fri, 14 Mar 2025 01:06:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-17 13:05:50.099704
• Title: Exhaustive Search for Quantum Circuit Optimization using ZX Calculus
• Title（参考訳）: ZX計算を用いた量子回路最適化のための探索探索
• Authors: Tobias Fischbach, Pierre Talbot, Pascal Bouvry,
• Abstract要約: ZX計算と全探索を用いた量子回路最適化の最初の形式化を提供する。 我々は、100の標準量子回路に対して、我々のアプローチを広範囲にベンチマークする。 私たちの実装は、コンパイラパスとしてよく知られたライブラリであるPyZXとQiskitに統合されています。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.748255320979002
• License:
• Abstract: Quantum computers allow a near-exponential speed-up for specific applications when compared to classical computers. Despite recent advances in the hardware of quantum computers, their practical usage is still severely limited due to a restricted number of available physical qubits and quantum gates, short coherence time, and high error rates. This paper lays the foundation towards a metric independent approach to quantum circuit optimization based on exhaustive search algorithms. This work uses depth-first search and iterative deepening depth-first search. We rely on ZX calculus to represent and optimize quantum circuits through the minimization of a given metric (e.g. the T-gate and edge count). ZX calculus formally guarantees that the semantics of the original circuit is preserved. As ZX calculus is a non-terminating rewriting system, we utilise a novel set of pruning rules to ensure termination while still obtaining high-quality solutions. We provide the first formalization of quantum circuit optimization using ZX calculus and exhaustive search. We extensively benchmark our approach on 100 standard quantum circuits. Finally, our implementation is integrated in the well-known libraries PyZX and Qiskit as a compiler pass to ensure applicability of our results.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、古典的なコンピュータと比較して、特定のアプリケーションに対してほぼ指数的なスピードアップを可能にする。 量子コンピュータのハードウェアは近年進歩しているが、利用可能な物理量子ビットや量子ゲートの数が制限されていること、コヒーレンス時間が短いこと、エラー率が高いことなどから、実用的利用は依然として著しく制限されている。 本稿では,完全探索アルゴリズムに基づく量子回路最適化への距離独立的なアプローチの基盤を定めている。 この研究は深度優先探索と反復深度優先探索を用いる。 我々は、与えられた計量(例えば、Tゲートとエッジカウント)の最小化によって量子回路を表現し、最適化するためにZX計算に依存する。 ZX計算は、元の回路の意味が保存されることを正式に保証している。 ZX計算は非終端書き換えシステムであるので、我々は、高品質な解を得ながら、終端を保証するための新しいプルーニングルールのセットを利用する。 ZX計算と全探索を用いた量子回路最適化の最初の形式化を提供する。 我々は、100の標準量子回路に対して、我々のアプローチを広範囲にベンチマークする。 最後に、我々の実装はよく知られたライブラリであるPyZXとQiskitにコンパイラーパスとして統合され、結果の適用性を保証する。

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