論文の概要: A fidelity-driven approach to quantum circuit partitioning via weighted hypergraphs for noise-resilient computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.06867v2
• Date: Tue, 10 Jun 2025 16:17:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-11 12:52:34.291364
• Title: A fidelity-driven approach to quantum circuit partitioning via weighted hypergraphs for noise-resilient computation
• Title（参考訳）: 雑音耐性計算のための重み付きハイパーグラフによる量子回路分割への忠実度駆動型アプローチ
• Authors: Awad Wehbe, Safiya Al Khatib, AbdelMehsen Ahmad,
• Abstract要約: 本稿では、量子回路を忠実度対応ハイパーグラフに変換する新しいフレームワークであるFidelipartを紹介する。 6-qubit/22-gate, 10-qubit/55-gate, 24-qubit/88-gateベンチマーク上で, BQSKitのQuick Partitionerに対するFidelipartの評価を行った。 結果、Fidelipartの優れた性能を示し、SWAPゲートの削減は77.3%から100%、カットキュービットの52.2%まで低下した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Effective circuit partitioning is critical for Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices, which are hampered by high error rates and limited qubit connectivity. Standard partitioning heuristics often neglect gate-specific error impacts, leading to suboptimal divisions with significant communication overhead and reduced fidelity. This paper introduces Fidelipart, a novel framework that transforms quantum circuits into a fidelity-aware hypergraph. In this model, gate error rates and structural dependencies inform the weights of nodes (gates) and hyperedges (representing multi-qubit interactions and qubit timelines), guiding an Mt-KaHyPar partitioner to minimize cuts through error-prone operations. We evaluated Fidelipart against BQSKit's QuickPartitioner on 6-qubit/22-gate, 10-qubit/55-gate, and 24-qubit/88-gate benchmarks under a linear topology with a consistent local contiguous re-mapping strategy. Results demonstrate Fidelipart's superior performance. It achieved SWAP gate reductions ranging from 77.3% to 100% and up to a 52.2% decrease in cut qubits. These physical improvements directly translated to estimated fidelity gains ranging from 27.3% to over 250%. While Fidelipart showed a modest runtime increase of 8-13% and variable effects on maximum partition depth, its substantial enhancement of circuit fidelity highlights the significant benefits of integrating detailed error-awareness into the partitioning process for more reliable NISQ computations.
• Abstract（参考訳）: 有効回路分割は、高いエラー率と限られた量子ビット接続によって妨げられるノイズのある中間量子(NISQ)デバイスにとって重要である。 標準的な分割ヒューリスティックはゲート固有のエラーの影響を無視することが多く、通信オーバーヘッドが大きく、忠実度は低下する。 本稿では、量子回路を忠実度対応ハイパーグラフに変換する新しいフレームワークであるFidelipartを紹介する。 このモデルでは、ゲートエラー率と構造的依存関係がノード(ゲート)とハイパーエッジ(複数ビットの相互作用とキュービットのタイムラインを表す)の重みを知らせ、Mt-KaHyParパーティショナを誘導し、エラーが発生しやすい操作によるカットを最小限にする。 6-qubit/22-gate, 10-qubit/55-gate, 24-qubit/88-gateベンチマーク上でのBQSKitのQuick Partitionerに対するFidelipartの評価を行った。 結果はFidelipartの優れたパフォーマンスを示している。 SWAPゲートを77.3%から100%に減らし、カットキュービットの52.2%に減らした。 これらの物理的改善は27.3%から250%以上と見積もられている。 Fidelipart は 8-13% のランタイム増加と最大パーティション深さに対する可変効果を示したが、回路の忠実度を大幅に向上させることは、より信頼性の高い NISQ 計算のためにパーティショニングプロセスに詳細なエラー認識を統合するという大きな利点を浮き彫りにした。

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