سنتز مدار کوانتومی {CNOT، T} مبتنی بر SAT
تعداد کلمات فایل انگلیسی: 3898 کلمه 13صفحه pdf
تعداد صفحات فایل ترجمه : 11 صفحه word فونت 14 B Nazanin
چکیده
چشم انداز کامپیوترهای کوانتومی عملی، محققان را به بررسی ابزارهای خودکار برای برنامه ریزی آنها هدایت می کند. یک برنامه کوانتومی به عنوان یک مدار کوانتومی Clifford + T مدل سازی می شود که باید به منظور تطابق با محدودیت های تکنولوژی کوانتومی بهینه سازی شود. هدف اکثر الگوریتم های بهینه سازی کاهش تعداد دروازه های T است. با این وجود، هدف بهینه سازی ثانویه باید حداقل تعداد عملیات دو کیوبیت (دروازه CNOT ) باشد، زیرا آنها در مقایسه با عملیات تک کیوبیت ، نشان دهنده وفاداری کمتر و نسبت به خطای بالاتر هستند. ما یک الگوریتم دقیق مبتنی بر SAT برای بازنویسی مدار کوانتومی ایجاد کرده ایم که هدف آن کاهش تعداد دروازه های CNOT بدون افزایش تعداد دروازه های T است. الگوریتم ما حداقل مدار {CNOT، T} را برای توضیح چندجمله ای فاز مشخص یک تبدیل واحد می یابد. آزمایشات کاهش CNOT در مدارهای کوانتومی بهینه سازی شده T را تایید می کنند. ما مدارهای کوانتومی را برای تمام دروازه های تک هدفه که توابع کنترل آنها یکی از نمایندگان 48 کلاس هم ارز طیفی همه توابع بولین 5 ورودی هستند، بررسی می کنیم. آزمایشات ما نشان می دهد که CNOT به طور متوسط 26.84٪ کاهش می یابد.
کلمات کلیدی: محاسبات کوانتومی، مدار Clifford + T؛ الگوریتم بازنویسی مبتنی بر SAT
مقدمه
تلاش های جهانی برای ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی عملی وجود دارد و بسیاری از شرکت ها بر روی تکنولوژی های مختلف شرط می بندند، زیرا در این زمینه تحقیقات در مورد دستگاه های فیزیکی از دانشگاه ها به شرکت ها منتقل می شوند. مایکروسافت، گوگل [13]، آی بی ام [11، 14]، اینتل [12]، و همچنین شرکت های استارت آپ به سرعت در حال رشد IonQ و Rigetti، تلاش های قابل توجهی در ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی قابل مقیاس می کنند. آنها همه به دنبال برتری کوانتومی هستند: برای اولین بار حل یک مشکلی که نمی تواند به صورت کلاسیک حل شود [4، 9]. برهم نهش و درهم تنیدگی خصوصیات فیزیکی منحصر به فرد هستند که چنین توانایی بالقوه ای را در اختیار رایانه های کوانتومی ارائه می دهند.
SAT-based {CNOT, T} quantum circuit synthesis
Giulia Meuli, Mathias Soeken, and Giovanni De Micheli Ecole polytechnique federale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland
Abstract. The prospective of practical quantum computers has lead researchers to investigate automatic tools to program them. A quantum program is modeled as a Clifford+T quantum circuit that needs to be optimized in order to comply with quantum technology constraints. Most of the optimization algorithms aim at reducing the number of T gates. Nevertheless, a secondary optimization objective should be to minimize the number of two-qubit operations (the CNOT gates) as they show lower fidelity and higher error rate when compared to single-qubit operations. We have developed an exact SAT-based algorithm for quantum circuit rewriting that aims at reducing CNOT gates without increasing the number of T gates. Our algorithm finds the minimum {CNOT, T} circuit for a given phase polynomial description of a unitary transformation. Experiments confirm a reduction of CNOT in T-optimized quantum circuits. We synthesize quantum circuits for all single-target gates whose control functions are one of the representatives of the 48 spectral equivalence classes of all 5-input Boolean functions. Our experiments show an average CNOT reduction of 26.84%.
Keywords: Quantum computing; Clifford+T circuits; SAT-based rewriting algorithm.
کد:
ئانلود رایگان مقاله انگلیسی
دانلود مقاله دات کام 
توضیحات محصول
سنتز مدار کوانتومی {CNOT، T} مبتنی بر SAT
تعداد کلمات فایل انگلیسی: 3898 کلمه 13صفحه pdf
تعداد صفحات فایل ترجمه : 11 صفحه word فونت 14 B Nazanin
چکیده
چشم انداز کامپیوترهای کوانتومی عملی، محققان را به بررسی ابزارهای خودکار برای برنامه ریزی آنها هدایت می کند. یک برنامه کوانتومی به عنوان یک مدار کوانتومی Clifford + T مدل سازی می شود که باید به منظور تطابق با محدودیت های تکنولوژی کوانتومی بهینه سازی شود. هدف اکثر الگوریتم های بهینه سازی کاهش تعداد دروازه های T است. با این وجود، هدف بهینه سازی ثانویه باید حداقل تعداد عملیات دو کیوبیت (دروازه CNOT ) باشد، زیرا آنها در مقایسه با عملیات تک کیوبیت ، نشان دهنده وفاداری کمتر و نسبت به خطای بالاتر هستند. ما یک الگوریتم دقیق مبتنی بر SAT برای بازنویسی مدار کوانتومی ایجاد کرده ایم که هدف آن کاهش تعداد دروازه های CNOT بدون افزایش تعداد دروازه های T است. الگوریتم ما حداقل مدار {CNOT، T} را برای توضیح چندجمله ای فاز مشخص یک تبدیل واحد می یابد. آزمایشات کاهش CNOT در مدارهای کوانتومی بهینه سازی شده T را تایید می کنند. ما مدارهای کوانتومی را برای تمام دروازه های تک هدفه که توابع کنترل آنها یکی از نمایندگان 48 کلاس هم ارز طیفی همه توابع بولین 5 ورودی هستند، بررسی می کنیم. آزمایشات ما نشان می دهد که CNOT به طور متوسط 26.84٪ کاهش می یابد.
کلمات کلیدی: محاسبات کوانتومی، مدار Clifford + T؛ الگوریتم بازنویسی مبتنی بر SAT
مقدمه
تلاش های جهانی برای ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی عملی وجود دارد و بسیاری از شرکت ها بر روی تکنولوژی های مختلف شرط می بندند، زیرا در این زمینه تحقیقات در مورد دستگاه های فیزیکی از دانشگاه ها به شرکت ها منتقل می شوند. مایکروسافت، گوگل [13]، آی بی ام [11، 14]، اینتل [12]، و همچنین شرکت های استارت آپ به سرعت در حال رشد IonQ و Rigetti، تلاش های قابل توجهی در ساخت اولین کامپیوتر کوانتومی قابل مقیاس می کنند. آنها همه به دنبال برتری کوانتومی هستند: برای اولین بار حل یک مشکلی که نمی تواند به صورت کلاسیک حل شود [4، 9]. برهم نهش و درهم تنیدگی خصوصیات فیزیکی منحصر به فرد هستند که چنین توانایی بالقوه ای را در اختیار رایانه های کوانتومی ارائه می دهند.
SAT-based {CNOT, T} quantum circuit synthesis
Giulia Meuli, Mathias Soeken, and Giovanni De Micheli Ecole polytechnique federale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland
Abstract. The prospective of practical quantum computers has lead researchers to investigate automatic tools to program them. A quantum program is modeled as a Clifford+T quantum circuit that needs to be optimized in order to comply with quantum technology constraints. Most of the optimization algorithms aim at reducing the number of T gates. Nevertheless, a secondary optimization objective should be to minimize the number of two-qubit operations (the CNOT gates) as they show lower fidelity and higher error rate when compared to single-qubit operations. We have developed an exact SAT-based algorithm for quantum circuit rewriting that aims at reducing CNOT gates without increasing the number of T gates. Our algorithm finds the minimum {CNOT, T} circuit for a given phase polynomial description of a unitary transformation. Experiments confirm a reduction of CNOT in T-optimized quantum circuits. We synthesize quantum circuits for all single-target gates whose control functions are one of the representatives of the 48 spectral equivalence classes of all 5-input Boolean functions. Our experiments show an average CNOT reduction of 26.84%.
Keywords: Quantum computing; Clifford+T circuits; SAT-based rewriting algorithm.
کد:
ئانلود رایگان مقاله انگلیسی