論文の概要: Digital Annealer-Assisted Accuracy-First Quantum Circuit Transpilation with Integrated QUBO Mapping and Routing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.11500v1
- Date: Tue, 12 May 2026 04:19:51 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-13 21:48:56.57076
- Title: Digital Annealer-Assisted Accuracy-First Quantum Circuit Transpilation with Integrated QUBO Mapping and Routing
- Title（参考訳）: 統合QUBOマッピングとルーティングによるディジタルアナーラー支援精度第一量子回路の伝送
- Authors: Kazuma Watanabe, Hideaki Kawaguchi, Shin Nishio, Takahiko satoh,
- Abstract要約: Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) の時代には、エラー率の制限は直接回路の忠実度を制約する。
本稿では,(1)Qiskitによる高速ルーティングとDA駆動のグローバル初期マッピングを併用したハイブリッド,(2)反復的ワークフロー内のサブプロブレムを解決するフルDAという2つの手法を用いて,Digital Annealer (DA) というフレームワークを提案する。
以上の結果から,ゲートノイズが主なボトルネックとなる高精度では,DA支援によるグローバルな初期配置が,短期量子ハードウェアの有用性を高めるための実用的な"時間"トレードオフをもたらすことが示唆された。
- 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: In the Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) era, limited qubit counts and high gate error rates directly constrain circuit fidelity, making the minimization of CNOT gate counts crucial. While conventional compilers prioritize heuristic efficiency, there is a compelling need for "accuracy-first" transpilation that prioritizes gate reduction over compilation latency. We propose a framework leveraging the Digital Annealer (DA) via two complementary strategies: (1) Hybrid, which uses DA-driven global initial mapping combined with high-speed heuristic routing by Qiskit, and (2) Full DA, which solves mapping and routing as separate DA-assisted QUBO subproblems within an iterative workflow. Benchmarks demonstrate that our Hybrid approach achieves an average CNOT reduction of 13.7 % (up to 57.4 %) compared to Qiskit's highest optimization level, with the largest gains on structured circuits such as GHZ and ASP where the initial layout is decisive. The Full DA approach matches Hybrid on structured circuits and outperforms ISAAQ by 23.1 % on average (maximum 90.8 %), but degrades on circuits with random or concentrated connectivity - exposing a trade-off between QUBO size and solution quality when the entire circuit is encoded in a single annealing pass. Although these global optimizations incur higher computational overhead than pure heuristics, our results indicate that for high-precision workflows where gate noise is the primary bottleneck, DA-assisted global initial placement provides a practical "time-for-quality" trade-off for enhancing the utility of near-term quantum hardware.
- Abstract（参考訳）: 雑音中規模量子(NISQ)時代には、制限されたキュービット数と高いゲート誤差率で直接回路の忠実度が制限され、CNOTゲートの最小化が重要となる。
従来のコンパイラはヒューリスティックな効率を優先するが、コンパイルレイテンシよりもゲートの削減を優先する"正確性優先"のトランスパイルには、魅力的なニーズがある。
本稿では,(1)Qiskitによる高速ヒューリスティックルーティングとDA駆動のグローバル初期マッピングを併用したハイブリッド,(2)QUBOサブプロブレムを分離したDA支援QUBOサブプロブレムとしてのマッピングとルーティングを解決するフルDAの2つの補完戦略により,DA(Digital Annealer)を利用したフレームワークを提案する。
ベンチマークにより、我々のハイブリッドアプローチは、Qiskitの最高最適化レベルと比較して13.7 %(最大57.4 %)のCNOT削減を実現しており、初期レイアウトが決定されるGHZやASPのような構造化回路では最大の利得を示している。
Full DAアプローチは、構造化回路上でハイブリッドにマッチし、ISAAQを平均で23.1 %(最大90.8 %)上回るが、ランダムまたは集中接続の回路では劣化する。
これらのグローバルな最適化は純粋ヒューリスティックスよりも計算オーバーヘッドが高いが、ゲートノイズが主要なボトルネックとなる高精度ワークフローでは、DA支援されたグローバルな初期配置は、短期量子ハードウェアの実用性を高めるための実用的な"品質"トレードオフを提供する。
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