面向可扩展中性原子量子计算的结构感知编译

我们研究了二维中性原子阵列上结构化量子门族的编译，旨在现实硬件约束下减少寻址和传输开销。对于单量子比特门，我们在矩阵层面利用门族的代数结构，能够在适当的代数结构上实现高效的秩一分解，从而减少寻址层数。对于受控Z（C-Z）门，我们使用图论模型来表述传输调度问题，从而在现实传输约束下产生高效的编译算法。我们为所提出的方法提供了可证明的性能保证，并通过广泛的数值实验对其进行了验证。在代表性的单量子比特门族中，与朴素的逐行或逐列实现相比，我们的方法将寻址层数减少了多达两倍。对于C-Z门，我们的调度策略将所需的原子传输操作数量减少了约50%。当应用于MaxCut的QAOA电路时，所提出的框架平均将传输成本降低了30%以上。这些结果表明，中性原子硬件的物理约束可以转化为代数和图论结构，将硬件级别的调度瓶颈转化为易处理的分解和着色问题。