一种启发式量子比特分配算法的拓扑图依赖性与缩放性质
量子物理
2023-11-14 v2
摘要
量子比特映射问题旨在依据某一代价函数，以优化方式将量子线路的量子比特分配并路由到 NISQ 设备上。已知该问题的最优解在计算复杂度上呈指数级缩放；因此，研究可扩展的量子比特映射方案对 NISQ 计算至关重要。本工作中，我们提出并比较了一种噪声感知的启发式量子比特分配算法（该算法将量子算法中的量子比特初始布局分配到 NISQ 设备上的量子比特，但不在量子算法执行期间进行路由）与最优的暴力（brute-force）解以及一种平凡量子比特分配，旨在量化我们所提启发式量子比特分配算法的性能。我们发现，对于小型连通图算法，我们的启发式分配算法忠实地介于暴力与平凡量子比特分配算法给出的有效上下界之间。此外，我们发现超过六量子比特的量子算法的拓扑图性质在我们的启发式量子比特分配算法于 NISQ 设备上的性能中起着重要作用。最后，我们研究了该启发式算法在多达 100 量子比特的量子处理器上的缩放性质；此处发现，该算法对具有类路径图的量子算法是可扩展的。我们的结果表明，随着模拟中量子处理器规模增大，在启发式算法的特定约束下，利用该启发式量子比特分配算法所带来的收益也随之增长。本工作因而刻画了启发式量子比特分配算法相对于人们可能希望在给定 NISQ 设备上运行的量子算法的拓扑图与缩放性质的性能。
引用
@article{arxiv.2103.15695,
title = {Topological-Graph Dependencies and Scaling Properties of a Heuristic Qubit-Assignment Algorithm},
author = {Matthew Steinberg and Sebastian Feld and Carmen G. Almudever and Michael Marthaler and Jan-Michael Reiner},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.15695},
year = {2023}
}
备注
Accepted for publication in IEEE Transactions on Quantum Engineering