ZX-演算中保持因果流的量子电路优化

优化量子电路以最小化资源使用至关重要，尤其是在受量子体积限制的近期硬件上。本文引入了一种优化算法，旨在基于ZX-演算策略最小化非Clifford门计数和双量子比特门计数。通过将电路转换为ZX图，可以在提取回电路之前对其进行简化。我们断言，简化过程保持了一种称为因果流的图论性质。其优势在于量子比特线在整个过程中定义明确，允许简单的提取过程，进而能够计算单个变换对最终电路的影响。受现有启发式方法启发，我们引入了一种决策策略的通用程序。相位隐形传态和邻居解融合规则都得到了推广。特别是，允许多个邻居的解融合被证明能显著改善优化效果。在一组基准电路上运行时，所开发的算法将双量子比特门计数平均减少了19.8%，在发表时优于之前最佳的基于ZX的策略（14.6%）和非ZX策略（18.5%）。这为多种改进途径奠定了基础。我们还注意到一种优化QFT电路的特别有效策略，使得每个非Clifford门恰好对应一个双量子比特门。