用于Toffoli网络的上下文验证、误差预算感知的分解选择

双量子比特门误差主导了近-term量子电路的失效预算，因此为每个Toffoli (CCX)门选择的分解应最小化硬件双量子比特保真度损失，而非门数量。最廉价的分解——相对相位和近似Toffoli——仅在特定上下文中是正确的：其残余相位或有界误差必须在后续被抵消或吸收。我们提出了第一个编译器pass，它选择每个Toffoli的分解以最小化双量子比特保真度误差预算。它仅在精确的、实例特定的等价性检查在该电路上下文中证明其有效性时，才允许每个上下文相关的分解，将误差预算目标与逐实例验证相结合，弥合了上下文感知但未验证的优化器与已验证但上下文无关的优化器之间的差距。核心结果是一个安全性的结论：模式匹配的相对相位替换是静默错误的。我们的验证器将已部署的开源优化器的66个库重写标记为未经上下文检查的不等价，并且计数贪婪替换静默地破坏了12个基准电路中的6个；验证门在应用所有有效分解的同时证明了0个错误。双量子比特门数量的减少是真实的但依赖于工作负载：在一个计算/反计算密集的套件上，与仅精确分解相比，双量子比特门最多减少39.5%，保真度损失降低36.7%（相对于Qiskit opt-3和tket约为39%/35%），在更大的12-24量子比特套件上总计减少15.6%，并且决策图检查验证了超过穷举验证限制的每一次替换。在当前超导和离子阱错误率下，经过认证的替换将估计的电路保真度损失降低了36-43%，并且在一个量子态重置电路上，该pass移除了48.8%的原生双量子比特门，每一次替换都经过验证。