論文の概要: Optimizing Quantum Compilation via High-Level Quantum Instructions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.24323v1
• Date: Tue, 28 Oct 2025 11:44:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-29 15:35:37.096925
• Title: Optimizing Quantum Compilation via High-Level Quantum Instructions
• Title（参考訳）: 高レベル量子命令による量子コンパイルの最適化
• Authors: Evandro C. R. Rosa, Jerusa Marchi, Eduardo I. Duzzioni, Rafael de Santiago,
• Abstract要約: 本稿では,高度な最適化に必要なセマンティック情報をコンパイラに提供する方法を示す。 我々は、量子ゲートをより効率的で近似的な分解で自動的に置換する量子固有命令を活用する新しい最適化を導入する。 以上の結果から,高レベルの抽象化は,コンパイラの最適化の新たなクラスをアンロックする上で極めて重要であることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7340017786387767
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Current quantum programming is dominated by low-level, circuit-centric approaches that limit the potential for compiler optimization. This work presents how a high-level programming construct provides compilers with the semantic information needed for advanced optimizations. We introduce a novel optimization that leverages a quantum-specific instruction to automatically substitute quantum gates with more efficient, approximate decompositions, a process that is transparent to the programmer and significantly reduces quantum resource requirements. Furthermore, we show how this instruction guarantees the correct uncomputation of auxiliary qubits, enabling safe, dynamic quantum memory management. We illustrate these concepts by implementing a V-chain decomposition of the multi-controlled NOT gate, showing that our high-level approach not only simplifies the code but also enables the compiler to generate a circuit with up to a 50% reduction in CNOT gates. Our results suggest that high-level abstractions are crucial for unlocking a new class of powerful compiler optimizations, paving the way for more efficient quantum computation.
• Abstract（参考訳）: 現在の量子プログラミングは、コンパイラ最適化の可能性を制限する低レベルな回路中心のアプローチによって支配されている。 この研究は、高度な最適化に必要なセマンティック情報を持つコンパイラにハイレベルなプログラミング構造がどのように提供されるかを示す。 本稿では,より効率的で近似的な分解で量子ゲートを自動的に置換する,量子固有の命令を活用する,新しい最適化を提案する。 さらに、この命令が補助量子ビットの正しい非計算を保証し、安全な動的量子メモリ管理を可能にする方法を示す。 これらの概念は,マルチコントロールNOTゲートのVチェーン分解を実装し,コードの単純化だけでなく,コンパイラが最大50%のCNOTゲートの回路を生成可能であることを示す。 以上の結果から,高レベルの抽象化は,より効率的な量子計算を実現するために,より強力なコンパイラ最適化のクラスを解き放つ上で重要であることが示唆された。

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