Clifford 辅助的量子转译最优通路选择
量子物理
2025-03-04 v2 硬件体系结构
新兴技术
摘要
在 NISQ 时代，量子程序的保真度受限于高水平的器件噪声。为提升运行于 NISQ 器件上的量子程序保真度，已提出多种优化方法。这些包括映射通路、布线通路、调度方法以及独立优化，它们通常作为通路被纳入转译器中。Qiskit、Cirq 与 Cambridge Quantum Computing 所提出的流行转译器广泛使用了这些通路。然而，为转译器选择恰当的通路集合以及每一条通路的正确配置是一个具有挑战性的问题。由于在不了解目标应用输出的情况下无法识别理想选择，转译器常借助启发式方法做出关键决策。此外，转译器还对器件噪声做出简化假设，而这些假设在现实世界中往往不成立。因此，我们常观察到即便使用最先进的优化，目标应用的保真度仍下降的现象。为克服该挑战，我们提出 OPTRAN，一个用于为量子转译选择最优通路集合的框架。OPTRAN 使用完全由 Clifford 门构成、且类似于目标应用的经典可模拟量子电路，来估计不同通路在目标应用背景下如何相互作用。OPTRAN 随后利用该信息选择最优的通路组合，以在实际器件上运行时最大化目标应用的保真度。我们在 IBM 机器上的实验表明，相较于 IBM Qiskit 所用的基线，OPTRAN 将保真度提升至最大可能极限的 87.66%。我们还提出了 OPTRAN 的低成本变体，称为 OPTRAN-E-3 与 OPTRAN-E-1，它们分别以相较 OPTRAN 降低 58.33% 与 69.44% 的成本，将保真度提升至基线之上最大允许极限的 78.33% 与 76.66%。
引用
@article{arxiv.2306.15020,
title = {Clifford Assisted Optimal Pass Selection for Quantum Transpilation},
author = {Siddharth Dangwal and Gokul Subramanian Ravi and Lennart Maximilian Seifert and Poulami Das and James Sud and Frederic T. Chong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.15020},
year = {2025}
}