論文の概要: Optimization and Synthesis of Quantum Circuits with Global Gates
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.20694v1
- Date: Mon, 28 Jul 2025 10:25:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-29 16:23:58.081145
- Title: Optimization and Synthesis of Quantum Circuits with Global Gates
- Title（参考訳）: グローバルゲートを用いた量子回路の最適化と合成
- Authors: Alejandro Villoria, Henning Basold, Alfons Laarman,
- Abstract要約: 我々は、イオントラップハードウェアに存在するGlobal Molmer-Sorensenゲートのようなグローバルな相互作用を用いて量子回路を最適化し、合成する。
このアルゴリズムはZX計算に基づいており、係留ゲートをGlobal MolmerSorensenゲートにグループ化する特別な回路抽出ルーチンを使用する。
我々は,このアルゴリズムを様々な回路でベンチマークし,最新ハードウェアによる性能向上の方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 44.99833362998488
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Compiling quantum circuits to account for hardware restrictions is an essential part of the quantum computing stack. Circuit compilation allows us to adapt algorithm descriptions into a sequence of operations supported by real quantum hardware, and has the potential to significantly improve their performance when optimization techniques are added to the process. One such optimization technique is reducing the number of quantum gates that are needed to execute a circuit. For instance, methods for reducing the number of non-Clifford gates or CNOT gates from a circuit is an extensive research area that has gathered significant interest over the years. For certain hardware platforms such as ion trap quantum computers, we can leverage some of their special properties to further reduce the cost of executing a quantum circuit in them. In this work we use global interactions, such as the Global M{\o}lmer-S{\o}rensen gate present in ion trap hardware, to optimize and synthesize quantum circuits. We design and implement an algorithm that is able to compile an arbitrary quantum circuit into another circuit that uses global gates as the entangling operation, while optimizing the number of global interactions needed. The algorithm is based on the ZX-calculus and uses an specialized circuit extraction routine that groups entangling gates into Global M{\o}lmer-S{\o}rensen gates. We benchmark the algorithm in a variety of circuits, and show how it improves their performance under state-of-the-art hardware considerations in comparison to a naive algorithm and the Qiskit optimizer.
- Abstract（参考訳）: ハードウェアの制約を考慮に入れた量子回路をコンパイルすることは、量子コンピューティングスタックの重要な部分である。
回路コンパイルにより、実際の量子ハードウェアがサポートする一連の演算にアルゴリズム記述を適用することができ、最適化技術がプロセスに追加されると、その性能が大幅に向上する可能性がある。
そのような最適化手法の1つは、回路を実行するのに必要な量子ゲートの数を減らすことである。
例えば、回路から非クリフォードゲートやCNOTゲートの数を減らす方法は、長年にわたって大きな関心を集めてきた広範な研究領域である。
イオントラップ量子コンピュータのような特定のハードウェアプラットフォームでは、量子回路の実行コストをさらに削減するために、その特別な特性のいくつかを利用することができる。
この研究では、イオントラップハードウェアに存在するGlobal M{\o}lmer-S{\o}rensenゲートのようなグローバルな相互作用を用いて量子回路を最適化し、合成する。
我々は、任意の量子回路を別の回路にコンパイルし、グローバルゲートをエンタングル操作として使用し、必要なグローバル相互作用数を最適化するアルゴリズムを設計、実装する。
このアルゴリズムはZX計算に基づいており、Global M{\o}lmer-S{\o}rensenゲートに絡み合うゲートをグループ化する特別な回路抽出ルーチンを使用する。
このアルゴリズムを様々な回路でベンチマークし,その性能を,素質的アルゴリズムやQiskitオプティマイザと比較して,最先端ハードウェアでどのように改善するかを示す。
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