論文の概要: Automated quantum circuit optimization with randomized replacements

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.15934v1
• Date: Thu, 22 Jan 2026 13:16:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-23 21:37:20.607859
• Title: Automated quantum circuit optimization with randomized replacements
• Title（参考訳）: ランダム置換による量子回路の自動最適化
• Authors: Marcin Szyniszewski, Aleks Kissinger, Noah Linden, Paul Skrzypczyk,
• Abstract要約: 近似局所変換を許容し、混合量子チャネルを用いて純回路を近似する方法を示す。 本プロトコルはゲート応用による実験ノイズを意図的に設計したランダムノイズに変換する。 その結果、量子回路の性能を高めるために混合チャネル近似の可能性を浮き彫りにした。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum circuit optimization - the process of transforming a quantum circuit into an equivalent one with reduced time and space requirements - is crucial for maximizing the utility of current and near-future quantum devices. While most automated optimization techniques focus on transforming circuits into equivalent ones that implement the same unitary, we show that substantial new opportunities for resource reduction can be achieved by (1) allowing approximate local transformations and (2) employing mixed quantum channels to approximate pure circuits. Our novel automated protocol for approximate circuit rewriting is a refined evolution of automated optimization techniques based on the ZX-calculus, where we add a greedy strategy that selectively replaces ZX-diagrams with small phase angles with stochastic mixtures of the identity and carefully chosen over-rotations, which are designed to reduce the overall gate count in expectation while staying within a strict error budget. This approach yields modest two-qubit gate count reduction in random quantum circuits, and achieves a substantial reduction in structured circuits such as the quantum Fourier transform. Fundamentally, our protocol converts experimental noise due to gate applications into deliberately engineered random noise, outperforming many other approximation methods on average. These results highlight the potential of mixed-channel approximations to enhance future quantum circuit performance, suggesting new directions for resource-aware automated quantum compilation beyond pure unitary channels.
• Abstract（参考訳）: 量子回路最適化 — 時間と空間の要求を減らした量子回路を等価なものに変換するプロセス — は、現在および近未来の量子デバイスの有用性を最大化する上で不可欠である。 ほとんどの自動最適化技術は、回路を同一のユニタリを実装する等価な回路に変換することに重点を置いているが、(1)局所変換を近似し、(2)混合量子チャネルを用いて純粋な回路を近似することで、資源削減の実質的な新たな機会を実現できることを示す。 そこで我々は,ZX-ダイアグラムを小さな位相角で選択的に置き換える手法を,厳密なエラー予算を保ちながら,期待するゲート数全体の削減を図った。 このアプローチは、ランダム量子回路において、控えめな2ビットゲートカウントを減少させ、量子フーリエ変換のような構造化回路を著しく減少させる。 基本的に,ゲート適用による実験ノイズを意図的に設計したランダムノイズに変換し,多くの近似法を平均的に上回る。 これらの結果は、将来の量子回路性能を高めるための混合チャネル近似の可能性を強調し、純粋なユニタリチャネルを超えてリソースを意識した自動量子コンパイルの新たな方向性を示唆している。

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