論文の概要: Resource quantification for programming low-depth quantum circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.09642v1
• Date: Thu, 11 Sep 2025 17:30:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-12 16:52:24.493849
• Title: Resource quantification for programming low-depth quantum circuits
• Title（参考訳）: 低深さ量子回路のプログラミングのための資源量子化
• Authors: Entong He, Yuxiang Yang,
• Abstract要約: 低深度ブリックワーク回路のプログラムに必要なゲートの複雑さと量子メモリのサイズについて検討する。 以上の結果から, 忠実ゲートワイドプログラミングは低深度体制において最適であることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.23922654679552
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices pave the way to implement quantum algorithms that exhibit supremacy over their classical counterparts. Due to the intrinsic noise and decoherence in the physical system, NISQ computations are naturally modeled as large-size but low-depth quantum circuits. Practically, to execute such quantum circuits, we need to pass commands to a programmable quantum computer. Existing programming approaches, dedicated to generic unitary transformations, are inefficient in terms of the computational resources under the low-depth assumption and remain far from satisfactory. As such, to realize NISQ algorithms, it is crucial to find an efficient way to program low-depth circuits as the qubit number $N$ increases. Here, we investigate the gate complexity and the size of quantum memory (known as the program cost) required to program low-depth brickwork circuits. We unveil a $\sim N \text{poly} \log N$ worst-case program cost of universal programming of low-depth brickwork circuits in the large $N$ regime, which is a tight characterization. Moreover, we analyze the trade-off between the cost of describing the layout of local gates and the cost of programming them to the targeted unitaries via the light-cone argument. Our findings suggest that faithful gate-wise programming is optimal in the low-depth regime.
• Abstract（参考訳）: ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスは、従来の量子アルゴリズムよりも優越性を示す量子アルゴリズムを実装するための道を開く。 物理系における本質的なノイズとデコヒーレンスにより、NISQ計算は自然に大規模だが低深さの量子回路としてモデル化される。 実際、そのような量子回路を実行するためには、命令をプログラム可能な量子コンピュータに渡す必要がある。 ジェネリックユニタリ変換に特化した既存のプログラミングアプローチは、低深さの仮定の下で計算資源の観点で非効率であり、満足できない。 したがって、NISQアルゴリズムを実現するためには、量子ビット数$N$が増加するにつれて、低深度回路をプログラムする効率的な方法を見つけることが重要である。 本稿では,低深度ブリックワーク回路のプログラムに要する量子メモリのゲート複雑性とサイズ(プログラムコスト)について検討する。 我々は、$\sim N \text{poly} \log N$ worst-case program cost of universal programming of low-deepth brickwork circuits in the large $N$ regime, which is a tight characterization。 さらに、局所ゲートのレイアウトを記述するコストと、光コーンの引数を用いて対象ユニタリにプログラミングするコストとのトレードオフを分析する。 以上の結果から, 忠実ゲートワイドプログラミングは低深度体制において最適であることが示唆された。

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