基于非复杂度的量子电路映射光锥界

将量子电路高效映射到硬件上是量子编译过程不可或缺的一部分，在此过程中，需根据量子处理器严格的架构要求对电路进行修改。现有许多解决量子电路映射问题的技术，此外还有几种将量子电路映射与经典计算机科学问题联系起来的理论视角。本研究提出了一种关于量子电路映射的新视角，其中简化电路的路由过程被视为作用于表示量子电路和处理器的密度矩阵上的量子操作的复合。借鉴量子电路复杂度和信息几何的最新进展，我们证明了在设备上执行量子电路所需的最小SWAP门数量，是通过使用量子Jensen-Shannon散度最小化量子态之间的距离而得出的，我们将其称为光锥界。此外，我们开发了一种基于图相似性搜索的新型初始布局算法，该算法选择最接近交互图与耦合图之间图同构的划分。基于这两个要素，我们构建了一个计算光锥界的算法，并在超过$600$次真实基准实验中直接与IBM Qiskit编译器进行比较，同时在小规模基准上与暴力搜索方法进行比较。在我们的模拟中，我们明确发现暴力搜索方法和Qiskit编译器均未超越我们的界限，这表明该界限在评估受限量子硬件上实现量子算法的最小开销方面具有实用价值。这项工作也是将量子电路非复杂度首次应用于具有实际相关性的量子计算。我们预计该方法可能在量子信息科学范围之外具有广泛的应用性。