論文の概要: Optimal and efficient qubit routing for quantum simulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.14592v1
• Date: Tue, 18 Mar 2025 18:00:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-20 15:23:06.563346
• Title: Optimal and efficient qubit routing for quantum simulation
• Title（参考訳）: 量子シミュレーションのための最適かつ効率的な量子ビットルーティング
• Authors: Joris Kattemölle, Guido Burkard,
• Abstract要約: 量子シミュレーションは物理学の新しい発見を約束するが、ほとんどのプラットフォームではデバイス接続の制約によって進歩は制限される。 SWAPは挿入可能であるが、その使用により回路深さが増加し、現在の量子コンピュータでは許容できないようになり、フォールトトレラントデバイスでは計算コストが増大する。 我々は,SWAPのオーバーヘッドを効率的に最小化するために,このフレームワークを活用して実装する手法を提案する。 注目すべきは、SWAPオーバーヘッドのない解を見つけ、現在の量子コンピュータが幾何学的にフラストレーションされた磁気を探索する扉を開くことだ。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Quantum simulation promises new discoveries in physics, yet on most platforms its progress is limited by device connectivity constraints. Although SWAP gates can be inserted, their use increases circuit depth, which cannot be tolerated on current quantum computers and increases computational cost on fault-tolerant devices. Therefore, minimizing SWAP overhead is crucial, which, however, leads to a computational problem that is itself intractable. We establish a framework for analyzing spatiotemporally periodic circuits, which naturally occur in the quantum simulation of condensed matter systems and lattice gauge theories. We introduce and implement a method that leverages this framework to efficiently minimize SWAP overhead. It has a significant scaling advantage, outperforming leading general-purpose approaches by several orders of magnitude even for moderate system sizes. Remarkably, we find solutions with no SWAP overhead, opening the door for current quantum computers to explore geometrically frustrated magnetism.
• Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションは物理学の新しい発見を約束するが、ほとんどのプラットフォームではデバイス接続の制約によって進歩は制限される。 SWAPゲートは挿入可能であるが、その使用により回路深さが増加し、現在の量子コンピュータでは許容できないようになり、フォールトトレラントデバイスでは計算コストが増大する。 したがって、SWAPオーバーヘッドを最小限に抑えることが重要である。 凝縮物質系と格子ゲージ理論の量子シミュレーションにおいて自然に発生する時空間周期回路を解析するための枠組みを確立する。 我々は,SWAPオーバーヘッドを効率的に最小化するために,このフレームワークを活用する手法を導入し,実装する。 スケールのアドバンテージは高く、中程度のシステムサイズであっても、先進的な汎用アプローチを桁違いに上回っている。 注目すべきは、SWAPオーバーヘッドのない解を見つけ、現在の量子コンピュータが幾何学的にフラストレーションされた磁気を探索する扉を開くことだ。

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