論文の概要: Nontrivial multi-product commutation relation for reducing T-count in sequential Pauli-based computation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.20052v1
• Date: Wed, 24 Sep 2025 12:19:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-02 14:41:38.554791
• Title: Nontrivial multi-product commutation relation for reducing T-count in sequential Pauli-based computation
• Title（参考訳）: 逐次パウリ計算におけるT数削減のための非自明な多積可換関係
• Authors: Yusei Mori, Hideaki Hakoshima, Keisuke Fujii,
• Abstract要約: 非自明でアンシラフリーな等価変換則である多積可換関係(MCR)を導入する。 この規則は、マルチパウリ作用素の特定の可換性に基づいてゲート列を構築し、可換であるように見える非可換なインスタンスを生成する。 数値実験により,MCRに基づく変換規則が現在のコンパイラにはまだ組み込まれていないことが明らかとなった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9436347471485558
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum compilers that reduce the number of T gates are essential for minimizing the overhead of fault-tolerant quantum computation. To achieve effective T-count reduction, it is necessary to identify equivalent circuit transformation rules that are not yet utilized in existing tools. In this paper, we rewrite any given Clifford+T circuit using a Clifford block followed by a sequential Pauli-based computation, and introduce a nontrivial and ancilla-free equivalent transformation rule, the multi-product commutation relation (MCR). This rule constructs gate sequences based on specific commutation properties among multi-Pauli operators, yielding seemingly non-commutative instances that can be commuted. To evaluate whether existing compilers account for this commutation rule, we create a benchmark circuit dataset using quantum circuit unoptimization. This technique intentionally adds redundancy to the circuit while keeping its equivalence. By leveraging the known structure of the original circuit before unoptimization, this method enables a quantitative evaluation of compiler performance by measuring how closely the optimized circuit matches the original one. Our numerical experiments reveal that the transformation rule based on MCR is not yet incorporated into current compilers. This finding suggests an untapped potential for further T-count reduction by integrating MCR-aware transformations, paving the way for improvements in quantum compilers.
• Abstract（参考訳）: Tゲート数を減らす量子コンパイラは、フォールトトレラント量子計算のオーバーヘッドを最小限に抑えるために不可欠である。 有効なTカウント削減を実現するためには,既存のツールではまだ利用されていない等価回路変換規則を同定する必要がある。 本稿では,Cliffordブロックを用いて任意のClifford+T回路を逐次パウリ計算で書き直し,非自明でアンシラフリーな等価変換規則であるMCRを導入する。 この規則は、マルチパウリ作用素の特定の可換性に基づいてゲート列を構築し、可換であるように見える非可換なインスタンスを生成する。 既存のコンパイラがこの演算規則を考慮に入れているかどうかを評価するために,量子回路の最適化を用いたベンチマーク回路データセットを作成する。 この技法は、等価性を保ちながら意図的に回路に冗長性を加える。 最適化前の既知回路構造を利用して,最適化回路が元の回路とどの程度近いかを測定することで,コンパイラ性能の定量的評価を可能にする。 数値実験により,MCRに基づく変換規則が現在のコンパイラにはまだ組み込まれていないことが明らかとなった。 この発見は、MCR対応変換を統合し、量子コンパイラの改善への道を開くことで、さらなるTカウント削減の可能性を示唆している。

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