論文の概要: When Equivalent Quantum Circuits Lose Synthesis Choices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.06142v1
• Date: Mon, 05 Oct 2026 11:13:02 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-09 18:24:59.432745
• Title: When Equivalent Quantum Circuits Lose Synthesis Choices
• Title（参考訳）: 等価量子回路が合成選択を失うとき
• Abstract要約: 量子コンパイラは、量子フーリエ変換やマルチコントロールされたXゲートなどの高レベルな演算をゲートレベル回路に合成する。 コンパイル段階では、回路をシリアライズしたり、OpenQASMとして交換したり、コンパイラ間で変換したり、ゲートへ変換したりできる。 我々は,Qiskit,TKET,Cirqの合成能力について,制御実験,リポジトリ解析,プロジェクトテストから取得した回路,ミュンヘン量子ツールキットパイプラインを用いて検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.6051322734022286
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum compilers synthesize high-level operations, such as the quantum Fourier transform and multi-controlled X gates, into gate-level circuits. Across compilation stages, a circuit may be serialized, exchanged as OpenQASM, converted between compilers, or lowered to gates. These representation changes can preserve computation while removing the high-level operation itself, leaving the receiving compiler unable to apply a requested synthesis method. We call this loss synthesis availability. We study synthesis availability in Qiskit, TKET, and Cirq through controlled experiments, repository analysis, circuits captured from project tests, and a Munich Quantum Toolkit pipeline. Synthesis availability survives serialization when deserialization restores the high-level operation and survives compiler conversion only when the receiving compiler supports that operation. It does not survive the evaluated OpenQASM routes. After a direct OpenQASM 3 round trip, requested synthesis has no effect in all 360 delivered conditions even though compilation succeeds. In the MQT pipeline, OpenQASM 2 interchange increases the two-qubit gate count by 37.2 percent for an eight-qubit Grover circuit. We also introduce Verified, which records high-level operations before a representation change and reconstructs them only when a check confirms that the record still matches the delivered circuit. Verified restores requested synthesis in all 830 recovery runs, with median verification times from 2.0 to 638 ms per operation family. The check rejects every stale record but also some valid records. These results show that preserving functional equivalence alone is insufficient when later synthesis choices depend on retained high-level structure.
• Abstract（参考訳）: 量子コンパイラは、量子フーリエ変換やマルチコントロールされたXゲートなどの高レベルな演算をゲートレベル回路に合成する。 コンパイル段階では、回路をシリアライズしたり、OpenQASMとして交換したり、コンパイラ間で変換したり、ゲートへ変換したりできる。 これらの表現変更は、高いレベルの演算自体を削除しながら計算を保存することができ、受信コンパイラは要求された合成方法を適用することができない。 これを損失合成可用性と呼ぶ。 我々は,Qiskit,TKET,Cirqの合成能力について,制御実験,リポジトリ解析,プロジェクトテストから取得した回路,ミュンヘン量子ツールキットパイプラインを用いて検討した。 合成可用性は、デシリアライズが高レベルの操作を復元した時にシリアライズを継続し、受信コンパイラがその操作をサポートするときのみコンパイラ変換を継続する。 評価されたOpenQASMルートは生き残らない。 直接のOpenQASM 3ラウンドトリップの後、要求された合成は、コンパイルが成功したとしても、360度配信されたすべての条件に影響を与えない。 MQTパイプラインでは、OpenQASM 2は8キュービットのGrover回路で2キュービットのゲート数を37.2%増やす。 また、表示変更前のハイレベルな操作を記録し、チェックがまだ配信された回路と一致することを確認した場合のみ、それらを再構築するVerifiedを導入する。 830回のリカバリ実行で要求された合成を検証し、中央値の検証時間はオペレーションファミリー当たり2.0msから638msである。 チェックはすべての古いレコードを拒否するが、いくつかの有効なレコードも拒否する。 これらの結果から,後続の合成選択が維持された高次構造に依存する場合,機能的等価性のみを維持することは不十分であることが示唆された。

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