論文の概要: Improving initial-state-dependent quantum circuit optimization by introducing state labels

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.04761v1
• Date: Fri, 05 Sep 2025 02:42:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-08 14:27:25.45505
• Title: Improving initial-state-dependent quantum circuit optimization by introducing state labels
• Title（参考訳）: 状態ラベルの導入による初期状態依存型量子回路最適化の改善
• Authors: Toshiaki Kaji, Koji Terashi, Ryu Sawada,
• Abstract要約: 我々はAQCELと呼ばれる量子状態依存回路を開発している。 制御量子ビットの状態を測定して量子回路を最適化し、不要な制御操作を識別・排除する。 これらの拡張により、2量子ゲートの数が大幅に減少し、量子ハードウェア上で実行される量子回路の忠実度が向上した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: While the capabilities of quantum hardware have significantly advanced in recent years, executing quantum algorithms as quantum circuits at the lowest possible cost remains crucial, regardless of the hardware progress. We are developing a quantum-state-dependent circuit optimizer called AQCEL. Our guiding principle, implemented as the AQCEL optimization protocol, is to optimize quantum circuits by measuring the states of the control qubits to identify and eliminate unnecessary control operations. In this paper, we introduce two key improvements: the state label manager that reduces unnecessary state measurements and the $CX$-pair removal process that eliminates redundant gate pairs. These enhancements significantly reduce the number of two-qubit gates, improving the fidelity of quantum circuits executed on quantum hardware. To demonstrate the effectiveness of our method, we apply AQCEL to quantum circuits for the quantum parton shower algorithm. Experimental results using the IBM quantum computer show a substantial reduction in gate counts and an improvement in fidelity compared to the conventional optimization technique as well as the original AQCEL protocol. Our findings highlight the potential of state-dependent circuit optimization for enhancing the performance of quantum algorithms on near-term quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 量子ハードウェアの能力は近年著しく進歩しているが、ハードウェアの進歩にかかわらず、最小限のコストで量子回路として量子アルゴリズムを実行することは依然として重要である。 我々はAQCELと呼ばれる量子状態依存型回路オプティマイザを開発している。 AQCEL最適化プロトコルとして実装された我々の指針は、制御量子ビットの状態を測定して量子回路を最適化し、不要な制御操作を特定し、排除することである。 本稿では,不要な状態測定を行う状態ラベルマネージャと,冗長なゲートペアを除去する$CX$-pair除去処理の2つの改良点を紹介する。 これらの拡張により、2量子ゲートの数が大幅に減少し、量子ハードウェア上で実行される量子回路の忠実度が向上した。 提案手法の有効性を示すために,量子パルトンシャワーアルゴリズムの量子回路にAQCELを適用した。 IBM量子コンピュータを用いた実験結果から,従来の最適化手法やAQCELプロトコルと比較してゲート数を大幅に削減し,忠実度を向上した。 本研究は,短期量子デバイス上での量子アルゴリズムの性能向上を目的とした,状態依存回路最適化の可能性を明らかにするものである。

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