論文の概要: Lie Group Diffusion Models for Hardware-Aware Quantum Circuit Synthesis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.29636v1
- Date: Sun, 28 Jun 2026 22:59:34 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-30 18:07:15.994288
- Title: Lie Group Diffusion Models for Hardware-Aware Quantum Circuit Synthesis
- Title（参考訳）: ハードウェア対応量子回路合成のためのリー群拡散モデル
- Abstract要約: 物理ハードウェアの制約に適合するユニタリ回路合成は、量子コンピューティングにおいて重要な課題である。
本研究では、生成モデルを用いて量子ゲートの自然な$SU(2)$多様体幾何とハードウェア制約の両方を組み込んだ量子回路合成を行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: An important task in quantum computing is unitary circuit synthesis compatible with physical hardware constraints. This problem has a natural hybrid structure as local single-qubit gates are continuous variables on the Lie group $SU(2)$ while the entangling circuit structure is discrete and hardware-dependent. In this work, we use generative models to perform quantum circuit synthesis incorporating both the natural $SU(2)$ manifold geometry of quantum gates and hardware constraints that determine the overall circuit structure. Our model comprises two components: a circuit skeleton selector that chooses an entangling circuit and a diffusion model that generates quantum gates on the given circuit template by performing diffusion on the curved manifold $\mathrm{SU(2)} \simeq S^3$ itself. We demonstrate this approach with unitary compilation of physically motivated three-qubit Hamiltonian simulation targets such as the Transverse Field Ising Model and the Heisenberg-XXZ Model and show that Lie group diffusion outperforms comparable baselines. The synthesised circuits can also be customised subject to constraints, which we demonstrate by producing circuits with large and small gate rotation angles for the same target unitary evolution. We also investigate the fidelity-complexity frontier of the synthesised gates to demonstrate that the circuit selector learns to select circuits that balance fidelity with complexity rather than collapsing onto the most expansive entangling template. These results demonstrate that Lie group diffusion provides a natural generative framework for hardware-aware quantum circuit synthesis.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングにおける重要なタスクは、物理ハードウェアの制約に適合するユニタリ回路合成である。
この問題は、局所単量子ゲートがリー群 $SU(2)$ 上の連続変数であるのに対して、絡み合う回路構造は離散的でハードウェアに依存しているため、自然なハイブリッド構造を持つ。
本研究では、生成モデルを用いて、量子ゲートの自然な$SU(2)$多様体幾何と、全体的な回路構造を決定するハードウェア制約の両方を組み込んだ量子回路合成を行う。
本モデルは, 絡み合う回路を選択する回路スケルトンセレクタと, 曲線多様体 $\mathrm{SU(2)} \simeq S^3$ 自体上で拡散を行うことにより, 所定の回路テンプレート上の量子ゲートを生成する拡散モデルとからなる。
この手法は、横場イジングモデルやハイゼンベルグ-XXZモデルのような物理的に動機付けられた3量子ハミルトニアンのシミュレーション対象をユニタリにコンパイルし、リー群拡散が同等の基底線より優れていることを示す。
合成回路は、同じターゲットのユニタリ進化のために、大小のゲート回転角を持つ回路を作製することで、制約を考慮に入れてカスタマイズすることもできる。
また、合成ゲートの忠実度・複雑度フロンティアについて検討し、回路セレクタが最も広範に絡み合うテンプレートに折り畳むのではなく、不確かさと複雑さのバランスをとる回路を選択することを学習していることを示す。
これらの結果は、リー群拡散がハードウェア対応量子回路合成のための自然な生成フレームワークを提供することを示した。
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