使用最少量子比特的自动化量子预言机综合

若干著名的量子计算算法——包括 Grover 搜索算法和用于整数质因数分解的 Shor 算法——采用称为“预言机”的子电路，其将数学函数的特定实例嵌入到相应的双射函数中，再以量子电路表示实现。设计预言机，尤其是针对特定用例优化设计，可能是一项不平凡的任务。例如，在当下 NISQ 基量子计算机时代实现量子电路的挑战通常要求以最少量子比特数设计，因为更大的量子比特数会增加由于一个或多个量子比特退相干而导致计算失败的可能性。然而，某些量子电路要求保留函数域值，这可能妨碍在预言机电路中使用最少量子比特数。因此，量子预言机必须针对特定应用设计。本工作中，我们提出两种自动化量子预言机综合方法。其中一种使用最少量子比特数，另一种在保留函数域值的同时也最小化所需总体量子比特数。对每种方法，我们描述已知的量子电路用例，并借助自动化量子编译与优化工具对一组基准函数综合预言机以说明实现；我们随后可用包括所需量子比特数和量子电路复杂度在内的指标比较这些方法。