Arline Benchmarks：面向量子编译器的自动化基准测试平台

在含噪声中等规模量子（NISQ）设备时代，量子算法的高效编译至关重要。尽管已有多个开源量子编译与线路优化框架可用，例如 IBM Qiskit、CQC Tket、Google Cirq、Rigetti Quilc、PyZX，但它们之间的相对性能对量子程序员而言并不总是清晰的。量子线路编译算法复杂性与多样性的增长，催生了对一个专用工具的需求，以对量子编译栈的内部工作流进行交叉基准测试与性能分析。我们提出了一个开源软件包 Arline Benchmarks，旨在对量子编译器进行自动化基准测试，重点关注 NISQ 应用。名称“Arline”是为纪念 Arline Greenbaum Feynman——量子计算先驱 Richard Feynman 的第一任妻子而命名。我们基于一组重要指标（如优化后门计数、线路深度、依赖于硬件的线路代价函数、编译器运行时间等）对若干量子编译框架进行了比较，并对每个编译阶段的指标做了详细分析。我们针对随机线路和结构化量子算法（VQE、Trotter 分解、Grover 搜索、基于振幅估计的期权定价）在几种流行量子硬件架构上进行了多样的编译器测试。利用 Arline 的跨平台功能，我们提出了复合编译流水线的概念，将各编译器特有的线路优化子程序组合在单一编译栈中，并找到优化的编译过程序列。通过提供对量子编译器编译流程的详细洞察，Arline Benchmarks 为量子计算研究人员与软件开发者提供了一个有价值的工具包，以深入理解编译器的特性。