×

基于模板匹配的量子模拟实用电路优化算法。 (英语) Zbl 07832333号

摘要:我们提出了一种电路优化算法,该算法有助于在噪声中间尺度量子(NISQ)器件上实现各种应用。该算法与硬件无关,降低了哈密顿模拟的整体电路成本,特别是通过最小化CNOT门的数量。我们的方法使用子电路合成方案来表示中间层,并提出实用的模板匹配算法(TM)来消除门,以最小化CNOT计数。该算法具有较低的复杂度,提高了哈密顿模拟的电路性能。在我们的模拟中,我们对不同哈密顿模型的不同算法进行了基准测试,以量化和比较我们的方法的优点。与先进的通用编译器和特定的量子编译器相比,通过模拟我们的算法得到的结果显示,CNOT计数平均减少了1.5倍(最多2.56倍),电路深度平均减少了1.4倍(最多3.1倍)。这一改进进一步推进了哈密顿模拟在NISQ时代的实际应用。

MSC公司:

81页68 量子计算
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Davis,M.G.,Smith,E.,Tudor,A.,Sen,K.,Siddiqi,I.,Iancu,C.:走向最佳拓扑感知量子电路合成。2020年IEEE量子计算与工程国际会议(QCE),第223-234页(2020年)。电气与电子工程师协会
[2] Preskill,J.,《NISQ时代及其后的量子计算》,Quantum,279(2018)·doi:10.22331/q-2018-08-06-79
[3] Bharti,K.,Cervera-Lierta,A.,Kyaw,T.H.,Haug,T.,Alperin-Lea,S.,Anand,A.,Degroote,M.,Heimonen,H.,Kottmann,J.S.,Menke,T.等人:噪声中间尺度量子(nisq)算法。arXiv预打印arXiv:2101.08448(2021)
[4] Deutsch,IH,《利用第二次量子革命的力量》,PRX quantum,1,2,020101(2020)·doi:10.1103/PRXQuantum.1.020101
[5] 塞雷佐,M。;Arrasmith,A。;巴布什,R。;本杰明,南卡罗来纳州;Endo,S。;Fujii,K。;麦克莱恩,JR;Mitarai,K。;袁,X。;Cincio,L.,《变分量子算法》,《自然物理学评论》。,3625-644年3月9日(2021年)·doi:10.1038/s42254-021-00348-9
[6] 佩鲁佐,A。;麦克莱恩,J。;Shadbolt,P。;Yung,M-H;周,X-Q;爱,PJ;Aspuru-Guzik,A。;O'brien,JL,光子量子处理器上的变分本征值求解器,国家通讯社。,5, 1, 1-7 (2014) ·doi:10.1038/ncomms5213
[7] JR麦克莱恩;罗梅罗,J。;巴布什,R。;Aspuru-Guzik,A.,变分混合量子经典算法理论,新物理学杂志。,18, 2, 023023 (2016) ·Zbl 1456.81149号 ·doi:10.1088/1367-2630/18/2/023023
[8] Bharti,K.:量子辅助特征解算器。arXiv预印本arXiv:2009.11001(2020)
[9] 巴蒂,K。;Haug,T.,迭代量子辅助特征解算器,Phys。版本A,104,5,050401(2021)·doi:10.1103/PhysRevA.104.L050401
[10] Raeisi,S。;韦伯,N。;桑德斯,BC,《有效模拟多体量子动力学的量子电路设计》,《新物理学杂志》。,14, 10, 103017 (2012) ·Zbl 1448.81214号 ·doi:10.1088/1367-2630/14/10/103017
[11] Tranter,A。;爱,PJ;Mintert,F。;Coveney,PV,量子化学量子模拟中bravyi-kitaev和jordan-wigner变换的比较,J.Chem。理论计算。,14, 11, 5617-5630 (2018) ·doi:10.1021/acs.jctc.8b00450
[12] 巴氏杆菌。;麦克莱恩,J。;韦克,D。;Aspuru-Guzik,A。;Wiebe,N.,量子化学模拟中trotter-suzuki错误的化学基础,物理学。版次A,91,2,022311(2015)·doi:10.1103/PhysRevA.91.022311
[13] 铃木,M.,《分形路径积分的一般理论及其在多体理论和统计物理中的应用》,J.Math。物理。,32, 2, 400-407 (1991) ·兹比尔0735.47009 ·doi:10.1063/1.529425
[14] Trotter,HF,关于半群算子的乘积,Proc。美国数学。《社会学杂志》,第10、4、545-551页(1959年)·Zbl 0099.10401号 ·doi:10.1090/S0002-9939-1959-0108732-6
[15] Berry,D.W.,Childs,A.M.:黑箱哈密顿模拟和幺正实现。arXiv预打印arXiv:0910.4157(2009)
[16] Childs,A.M.,Wiebe,N.:使用酉运算线性组合的哈密顿模拟。arXiv预印arXiv:1202.5822(2012)
[17] 低生长激素;Chuang,IL,量子化哈密顿模拟,量子,3163(2019)·doi:10.22331/q-2019-07-12-163
[18] 浆果,DW;Childs,上午;克利夫,R。;科塔里,R。;Somma,RD,用截断泰勒级数模拟哈密顿动力学,Phys。修订稿。,114, 9, 090502 (2015) ·doi:10.1103/PhysRevLett.114.090502
[19] 低生长激素;伊利诺伊州Chuang,Simulacion hamiltonianaóptima mediante processmiento cuántico de señales,Phys。修订稿,1181050110-1103(2017)
[20] 胡,Y。;孟,F。;王,X。;Luan,T。;Fu,Y。;张,Z。;张,X。;Yu,X.,基于贪婪算法的近期量子模拟电路优化,量子科学。技术。,7,4,045001(2022)·doi:10.1088/2058-9565/ac796b
[21] Mukhopadhyay,P。;韦伯,N。;Zhang,HT,用于哈密顿模拟的合成有效电路,npj量子信息,9,1,31(2023)·doi:10.1038/s41534-023-00697-6
[22] Davis,M.G.,Smith,E.,Tudor,A.,Sen,K.,Siddiqi,I.,Iancu,C.:使用连续门集进行量子编译的启发式。arXiv预印arXiv:1912.02727(2019)
[23] Nielsen,M.A.,Chuang,I.:量子计算和量子信息。美国物理教师协会(2002)·Zbl 1001.00012号
[24] Davis,M.G.,Smith,E.,Tudor,A.,Sen,K.,Siddiqi,I.,Iancu,C.:走向最佳拓扑感知量子电路合成。2020年IEEE量子计算与工程国际会议(QCE),第223-234页(2020年)。电气与电子工程师协会
[25] Cowtan,A.,Dilkes,S.,Duncan,R.,Simmons,W.,Sivarajah,S.:浅层电路的相位小工具合成。arXiv预印本arXiv:1906.01734(2019)
[26] Li,G.,Wu,A.,Shi,Y.,Javadi-Abhari,A.,Ding,Y.、Xie,Y.:Paulihedral:量子模拟内核的通用块编译器优化框架。摘自:第27届ACM编程语言和操作系统体系结构支持国际会议记录,第554-569页(2022年)
[27] van de Wetering,J.:工作量子计算机科学家的Zx-演算。arXiv预印arXiv:2012.13966(2020)
[28] 邓肯,R。;基辛格,A。;佩德里克斯,S。;Van De Wetering,J.,用zx-演算对量子电路进行图论简化,量子,4279(2020)·doi:10.22331/q-2020-06-04-279
[29] 基辛格,A。;van de Wetering,J.,《减少量子电路中非clifford门的数量》,《物理学》。版本A,102,2,022406(2020)·doi:10.1103/PhysRevA.102.022406
[30] 北卡罗来纳州波德拉普。;Horsman,D.,《zx演算是表面代码晶格手术的语言》,《量子》,4218(2020)·doi:10.22331/q-2020-01-09-218
[31] de Beaudrap,N.、Duncan,R.、Horsman,D.、Perdrix,S.:泡利融合:从zx项实现量子变换的计算模型。arXiv预印本arXiv:1904.12817(2019)
[32] 汉克斯,M。;国会议员埃斯特雷拉斯;WJ蒙罗;Nemoto,K.,《由zx-演算辅助的量子编织电路的有效压缩》,物理学。版本X,10,4,041030(2020)
[33] Chanceller,N.、Kissinger,A.、Roffe,J.、Zohren,S.、Horsman,D.:量子纠错设计和验证的图形结构。arXiv预印arXiv:1611.08012(2016)
[34] Duncan,R.,Lucas,M.:用quantomatic验证steane代码。arXiv预印arXiv:1306.4532(2013)
[35] Garvie,L.,Duncan,R.:用量子验证最小有趣的色码。arXiv预印本arXiv:170602717(2017)
[36] Lao,L.,Browne,D.E.:2qan:用于2局部量子比特哈密顿模拟算法的量子编译器。摘自:第49届计算机体系结构国际研讨会论文集,第351-365页(2022)
[37] Bilkis,M.、Cerezo,M.,Verdon,G.、Coles,P.J.、Cincio,L.:量子机器学习中具有可变结构的半认知分析。arXiv预打印arXiv:2103.06712(2021)
[38] Anis,M.S.、Abraham,H.、AduOffei,R.A.、Agliardi,G.、Aharoni,M.、Akhalwaya,I.Y.、Aleksandrowicz,G.和Alexander,T.等人:Qiskit:量子计算的开源框架。2021.补充信息I.算法II。松弛界(|E|\(2+1 9\alpha\)|E|_(2+\alpha)\)备注4
[39] Sivarajah,S。;Dilkes,S.公司。;Cowtan,A。;西蒙斯,W。;埃德金顿,A。;Duncan,R.,t(vert-ket\rangle):NISQ设备的可重定向编译器,量子科学。技术。,6, 1, 014003 (2020) ·doi:10.1088/2058-9565/ab8e92
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。