論文の概要: ZX-DB: A Graph Database for Quantum Circuit Simplification and Rewriting via the ZX-Calculus
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.13033v1
- Date: Mon, 17 Nov 2025 06:33:18 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-18 14:36:24.776945
- Title: ZX-DB: A Graph Database for Quantum Circuit Simplification and Rewriting via the ZX-Calculus
- Title（参考訳）: ZX-DB:ZX-Calculusによる量子回路の単純化と書き換えのためのグラフデータベース
- Authors: Valter Uotila, Cong Yu, Bo Zhao,
- Abstract要約: 本稿では,グラフデータベース内で量子回路の単純化と書き換えを行うデータ駆動型システムZX-DBを紹介する。
ZX-DBはZX計算の書き直しルールを標準のopenCypherクエリとしてエンコードし、サンプルグラフデータベースエンジンであるMemgraphで実行する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.721511814038976
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Quantum computing is an emerging computational paradigm with the potential to outperform classical computers in solving a variety of problems. To achieve this, quantum programs are typically represented as quantum circuits, which must be optimized and adapted for target hardware through quantum circuit compilation. We introduce ZX-DB, a data-driven system that performs quantum circuit simplification and rewriting inside a graph database using ZX-calculus, a complete graphical formalism for quantum mechanics. ZX-DB encodes ZX-calculus rewrite rules as standard openCypher queries and executes them on an example graph database engine, Memgraph, enabling efficient, database-native transformations of large-scale quantum circuits. ZX-DB integrates correctness validation via tensor and graph equivalence checks and is evaluated against the state-of-the-art PyZX framework. Experimental results show that ZX-DB achieves up to an order-of-magnitude speedup for independent rewrites, while exposing pattern-matching bottlenecks in current graph database engines. By uniting quantum compilation and graph data management, ZX-DB opens a new systems direction toward scalable, database-supported quantum computing pipelines.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティング(Quantum Computing)は、様々な問題の解法において古典的コンピュータより優れている可能性を持つ、新しい計算パラダイムである。
これを実現するために、量子プログラムは一般に量子回路として表現され、量子回路のコンパイルを通じてターゲットハードウェアに最適化され適応されなければならない。
本稿では、ZX計算を用いて、グラフデータベース内で量子回路の単純化と書き換えを行うデータ駆動システムであるZX-DBを紹介する。
ZX-DBはZX計算の書き換えルールを標準のopenCypherクエリとしてエンコードし、グラフデータベースエンジンのMemgraph上で実行することで、大規模量子回路の効率的なデータベースネイティブ変換を可能にする。
ZX-DBはテンソルとグラフ等価性チェックによる正当性検証を統合し、最先端のPyZXフレームワークに対して評価される。
実験結果から、ZX-DBは、現在のグラフデータベースエンジンにおいてパターンマッチングのボトルネックを露呈しつつ、独立リライトのオーダー・オブ・マグニチュード・スピードアップを実現していることが示された。
量子コンパイルとグラフデータ管理を統一することにより、ZX-DBは、スケーラブルでデータベースをサポートする量子コンピューティングパイプラインに向けた、新たなシステム指向を開放する。
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