Reduction of circuit depth by mapping qubit-based quantum gates to a qudit basis
通过在U(2)中的旋转,从N个量子比特到D = 2^N个量子比特的双射映射,我们在量子比特基上提出了一组可扩展的通用门和多重控制门。对于每个通用门(H,CNOT和T),以及NOT门和乘法控制Z门,我们描述了一种系统的方法来识别U(2)旋转的集合,以实现大小为N的任何量子点的每个门,并最大限度地使用辅助水平。根据系统的总旋转计数和门深度分析了量子门,系统以D。我们将量子基应用于Grover算法,并将电路深度与系统大小与基于量子位的电路进行比较。结果表明,与量子位电路相比,量子位电路的电路深度随着系统尺寸的增加而显著减小。特别地,多控门是降低基于量子点的系统规模的电路复杂性的驱动因素。
2022-06-15 quant-ph
LarQucut: A New Cutting and Mapping Approach for Large-sized Quantum Circuits in Distributed Quantum Computing (DQC) Environments
LarQucut提出一种用于分布式量子计算中大规模电路的新型切割与映射方法,通过减少切割数、重用同构子电路结果及自适应映射策略,降低开销并提升结果保真度。
2025-02-28 cs.AR quant-ph
Timing and resource-aware mapping of quantum circuits to superconducting processors
量子算法需要被编译以尊重量子处理器施加的约束,这被称为映射问题。映射过程将导致门的数目和电路延迟的增加,从而降低算法的成功率。最大限度地减少映射开销至关重要,特别是对于具有相对较短量子位相干时间和高门错误率的噪声中间尺度量子(NISQ)处理器。大多数现有的映射算法只考虑了诸如原始门集合和量子比特连通性之类的约束,而没有考虑实际的门持续时间和由使用共享经典控制电子所施加的限制。在本文中,我们提出了一个时间和资源感知映射称为Qmap,使量子线路可执行的可扩展超导处理器命名为表面17的目标,实现最短的电路延迟。特别是,我们提出了一种方法来制定传统的列表调度与多项式复杂性的资源约束的经典控制限制。此外,我们实现了路由启发式,以应付连接的限制。这个路由器找到一组移动操作,最小限度地延长电路延迟。为了分析映射开销并评估不同映射器的性能,我们将56个量子基准映射到Surface-17上。与最小化操作数量的先前映射策略相比,Qmap可以分别减少高达47.3%的延迟开销和高达28.6%的操作开销。
2020-07-02 quant-ph
Quantum Circuit Transformation Based on Tabu Search
针对量子电路变换问题,提出基于子图同构与禁忌搜索的TSA方法,相比GA、SABRE和FiDLS等先进方法,能减少附加门数量并提升大规模电路的可扩展性。
2021-08-28 quant-ph
Optimization of Quantum Circuit Mapping using Gate Transformation and Commutation
本文研究了噪声中尺度量子计算机的量子线路映射问题。由于NISQ计算机将两个量子比特的操作限制在有限的耦合上,因此输入电路必须转换为服从约束的等效输出电路。转换通常需要额外的门,这可能会影响电路运行的准确性。基于以前的工作量子线路映射,利用门换向规则,本文显示了算法,利用变换和换向规则。在标准基准数据集上的实验证实,与现有的最佳算法相比,具有更多规则的算法可以找到更好的电路映射。
2019-10-18 cs.DS cs.ET quant-ph
Interaction graph-based characterization of quantum benchmarks for improving quantum circuit mapping techniques
本文提出利用图论度量标准的量子比特交互图属性扩展量子电路特征分析,揭示了交互图参数与映射性能的相关性,为改进量子电路映射技术及未来基准测试提供了全面电路集合。
2024-01-08 cs.ET quant-ph
Qubit Mapping: The Adaptive Divide-and-Conquer Approach
针对NP完全的量子比特映射问题,提出利用子图同构、子电路一致性和启发式路由优化的自适应分治算法ADAC,并在多类NISQ设备与基准上验证其显著优于现有方法。
2024-09-07 quant-ph
Using ZDDs in the Mapping of Quantum Circuits
量子编译的关键步骤是将技术无关的量子线路转换为目标设备的技术相关形式。除了将量子门映射到支持的门集合之外,还需要将技术无关电路中的伪量子位映射到技术相关电路的物理量子位,使得满足作用于多量子位门中的量子位之间的耦合约束。如果不在电路中加入交换门,通常不可能找到这样的映射。为了应对NISQ时代量子器件的技术限制,找到一种需要尽可能少的额外门的映射是有利的。可能的映射的大搜索空间使这个任务成为一个困难的组合优化问题。在这项工作中,我们演示了零抑制决策图(ZDD)可以用于量子映射算法中的典型实现任务。我们展示了如何最大限度地分区的量子线路成块的相邻门,如果电路内的相邻门不共享共同的映射排列,我们试图将它们结合起来使用并行化的交换操作表示在ZDD。分区的边界形成在相邻栅极不能组合的地方。在每个分区块内,ZDD表示伪量子位到物理量子位的所有可能映射。
2020-05-01 cs.ET quant-ph
Revisiting the Mapping of Quantum Circuits: Entering the Multi-Core Era
针对量子计算的可扩展性挑战,本文聚焦分布式多核架构下的量子电路映射问题,推导了随机电路非局域通信的理论边界,提出HQA算法优化量子比特分配,在执行时间和非局域通信上较现有最优算法分别提升4.9倍和1.6倍,为大规模量子计算提供了有效工具。
2024-03-25 quant-ph
Near-Optimal Fidelity in Quantum Circuits through Incorporating Efficient Real-time Error Based Heuristics in Compiler Mappings
本文研究量子电路编译中的NP完全量子比特映射问题,提出结合实时错误反馈与设备连接信息的启发式方法CAES,在随机基准上相比基线平均提升1.62倍和1.934倍,成功率比最先进方法平均提升1.7倍。
2023-09-25 quant-ph
Exploiting Quantum Teleportation in Quantum Circuit Mapping
针对量子电路映射中现有方法未充分利用量子手段、额外门开销高的问题,提出将量子隐形传态作为补充方法,以恒定开销传输量子态以降低映射成本,在IBM Q Tokyo架构上验证了其改进潜力。
2020-11-14 quant-ph
Qubit Mapping Based on Subgraph Isomorphism and Filtered Depth-Limited Search
将逻辑量子线路映射到有噪声的中间尺度量子(NISQ)器件是一个具有挑战性的问题,它引起了量子计算和经典计算界的迅速增长的兴趣。本文提出了一种有效的方法,通过(i)选择一个初始映射,考虑到给定的NISQ器件的架构图和输入逻辑电路引起的图之间的相似性;和(ii)搜索,在过滤和深度限制的方式,最有用的SWAP组合,使尽可能多的执行在逻辑电路中的两个量子位门。所提出的电路变换算法可以显著减少需要添加到逻辑电路的辅助双量子位门的数量,特别是当它具有大量的双量子位门时。对于131个电路的广泛基准集和IBM当前的高级Q系统,即,IBM Q Tokyo,我们的算法平均需要0.4346个额外的两个量子比特门,而三个最先进的算法的相应数字分别为0.6047,0.8154和1.0067。
2021-09-22 quant-ph
Ecmas: Efficient Circuit Mapping and Scheduling for Surface Code
本文提出Ecmas方法,通过引入电路并行度和芯片通信容量两个指标,实现资源自适应的表面码映射与调度,平均减少51.5%执行时间,并在多数基准中达到最优。
2023-12-23 quant-ph
SFQmap: A Technology Mapping Tool for Single Flux Quantum Logic Circuits
单通量量子(SFQ)逻辑由于其在提供高性能和高能效电路方面的优势,在高速和低功耗应用中有望取代CMOS逻辑。然而,开发有效的电子设计自动化(EDA)工具,满足SFQ电路的特殊特性和要求,如深度最小化和路径平衡,是必不可少的自动化设计大型SFQ电路的整个过程。本文提出了一种新的工艺映射工具SFQmap,它提供了优化方法,首先最小化映射SFQ电路的电路深度和路径平衡开销,然后最小化映射SFQ电路的最坏情况级延迟。与最先进的技术映射器相比,SFQmap将深度和路径平衡开销分别平均降低了14%和31%。
2019-01-03 cs.ET quant-ph
Detailed Analysis of Circuit-to-Hamiltonian Mappings
电路到哈密尔顿构造在哈密尔顿复杂性领域得到了广泛的应用,特别是用于证明QMA-硬度结果。在这项工作中,我们研究的基态能量的哈密顿标准时钟建设和那些需要动态初始化。我们把这些基态能量指数紧界,并确定改进的缩放边界的情况下,有一个恒定的概率被拒绝的计算。此外,我们证明了收集的结果有关的低能量子空间的量子行走线上的能量惩罚出现在任何一点上的行走,并介绍了一些一般的工具,可能是有用的,这样的分析。
2019-10-02 quant-ph
Mapping of Lattice Surgery-based Quantum Circuits on Surface Code Architectures
量子纠错(QEC)和容错(FT)机制是实现可靠量子计算的关键。然而,QEC大大增加了计算大小高达四个数量级。此外,FT实现对量子位布局有特定要求,导致资源和时间开销。降低时空成本变得至关重要,因为它有利于降低量子计算的失败率。为此,需要可扩展的量子位平面架构和有效的映射通道,包括量子位的放置和路由以及操作的调度。本文提出了一种完全映射的方法,在棋盘和瓦片两种表面码结构上实现基于晶格运算的量子线路。我们表明,棋盘架构是2倍量子位效率,但基于瓦片的架构在操作开销(高达86%)和延迟开销(高达79%)方面需要更低的通信开销。
2018-05-28 quant-ph
Route-Forcing: Scalable Quantum Circuit Mapping for Scalable Quantum Computing Architectures
针对大规模量子比特下现有电路映射技术执行时间激增的问题,提出Route-Forcing算法,相比现有可扩展技术实现3.7倍加速与4.7倍电路深度降低,且适配下一代互连多处理器量子计算架构。
2024-07-24 quant-ph
Minimizing the Latency of Quantum Circuits during Mapping to the Ion-Trap Circuit Fabric
量子计算机在解决一些特定但重要的问题方面比经典计算机快得多。实现量子计算系统的最大挑战是环境噪声。减少噪声影响(并因此减少构建容错量子电路的开销)的一种方法是减少在量子电路上运行的量子电路的延迟。在本文中,提出了一种新的算法的调度,布局和路由的量子算法,这是要实现的目标量子电路结构技术。该算法及其配套的软件工具在考虑离子阱量子电路结构的关键特性和约束的同时,推进了量子CAD方法和方法的最新发展。实验结果表明,该工具提高了约41%的前一个工具的结果。
2014-12-27 cs.ET quant-ph
Mapping Quantum Circuits to IBM QX Architectures Using the Minimal Number of SWAP and H Operations
量子计算机物理实现的最新进展(第一个公开的量子计算机-IBM的QX架构-已于2017年推出)激发了对自动方法的研究,这些方法可以帮助用户在量子计算机上运行量子线路。在这里,必须满足由限制所涉及的量子位的允许相互作用的架构给出的某些物理约束。到目前为止,这一问题已通过插入全部门办法和H业务得到解决。然而,它仍然是未知的,现有的方法是否增加了最小数量的SWAP和H操作,或者,如果没有,他们离最小值有多远-一个NP完全问题。在这项工作中,我们解决这个问题,制定映射任务作为一个符号优化问题,使用推理引擎,如布尔可满足性求解器。由此,我们不仅提供了一种方法,该方法将量子线路映射到IBM的QX架构,具有最小数量的SWAP和H操作,而且还通过实验评估表明,IBM的启发式解决方案添加的操作数量平均超过下限100%以上。拟议方法的实施情况可在http://iic.jku.at/eda/research/ibm_qx_mapping上公开查阅。
2019-07-03 quant-ph
General circuit mapping algorithm for neutral atom quantum computers
Eindhoven University of Technology(埃因霍温理工大学)
提出基于图论组合优化的数学框架,将量子比特映射问题编码为非线性整数规划并用遗传算法求解,在最小化总移动距离和并行传输操作数之间取得权衡,相比现有编译器减少了传输次数。
2026-06-19 quant-ph
Mapping between Morita equivalent string-net states with a constant depth quantum circuit
我们构建了一个恒定深度的量子线路,映射之间的森田等效弦网络模型。由于它的深度和幺正性是恒定的,所以电路的拓扑顺序不会改变,这说明森田等效弦网是同相的。该电路是从一个可逆的双模类别连接的两个输入融合类别的相关弦网络模型,作为一个广义傅立叶变换的融合类别。该电路不仅作用在基态子空间上,而且在补充了辅助电路后,还酉地作用在整个希尔伯特空间上。
2022-02-19 cond-mat.str-el quant-ph
QuMeld: A Modular Framework for Benchmarking Qubit Mapping Algorithms
Institute of Computer Science Vilnius University Vilnius, Lithuania
QuMeld是一个开源框架,用于评估和比较不同量子比特映射算法,支持多种拓扑结构和评估指标,具有良好的扩展性。
2026-03-02 quant-ph
Symmetry-Based Quantum Circuit Mapping
本文提出一种利用量子处理器内在对称性的量子电路重映射算法,通过约束搜索空间和向量计算识别拓扑等价映射并加速评分,实现线性时间复杂度且被证明最优。
2023-10-27 cs.PL math.CO quant-ph
An Efficient Methodology for Mapping Quantum Circuits to the IBM QX Architectures
在过去的几年里,量子计算机越来越多地从一个学术想法演变为即将到来的现实。IBM的项目IBM Q可以被视为这一进展的证据。该项目于2017年3月推出,旨在为广大用户提供量子计算机的访问权限,允许用户在5量子位上进行量子实验,自2017年6月以来,还可以在16量子位量子计算机(分别称为IBM QX 2和IBM QX 3)上进行量子实验。这些5量子位和16量子位量子计算机的修订版(分别命名为IBM QX 4和IBM QX 5)自2017年9月起可用。为了使用这些,所需的量子功能(例如,根据量子线路提供的)必须被适当地映射,使得底层的物理约束得到满足-这是一项复杂的任务。这就要求解决方案能够自动、高效地执行此映射过程。在本文中,我们提出了一种方法,解决这个问题,即映射给定的量子功能的实现,满足所有的约束的架构,并在同一时间,保持额外需要的量子门方面的开销最小。建议的方法是通用的,可以很容易地配置为类似的未来架构,并完全集成到IBM的SDK。实验评估表明,所提出的方法明显优于IBM自己的映射解决方案。事实上,对于许多量子线路,所提出的方法在几分钟内确定到IBM架构的映射,而IBM的解决方案遭受长运行时间,并且在几种情况下超时1小时。作为额外的好处,所提出的方法产生具有更小成本的映射电路(即,需要更少的附加门)。所提出的方法的所有实现都可以在http://iic.jku.at/eda/rese…
2018-06-07 quant-ph
Clifford circuit based heuristic optimization of fermion-to-qubit mappings
本研究提出基于Clifford电路和模拟退火的启发式数值优化框架,用于设计费米子到量子比特映射,在多种哈密顿量上显著降低平均Pauli权重,优于传统及三叉树映射。
2025-02-17 quant-ph
The Complexity of Quantum Circuit Mapping with Fixed Parameters
由于连通性约束,量子线路在NISQ器件上实现之前必须进行预处理。量子线路映射(QCM)通过添加SWAP门将电路转换为符合NISQ器件结构约束的等效电路。QCM问题要求最少数量的辅助SWAP门,是NP完全的。研究了固定参数QCM系统的复杂性。我们给出了一个精确的算法QCM,并表明,该算法在多项式时间内运行,如果NISQ设备的架构是固定的。如果量子线路的量子位数是固定的,我们证明了QCM问题是NL-完全的,从无向最短路问题的减少。此外,当用量子线路的量子比特数参数化时,QCM的固定参数复杂度是W [1]-hard的。我们证明了从集团问题的减少的结果。如果以量子线路的深度和耦合图为参数,我们证明了在浅量子线路和平面、二部和度有界耦合图上QCM问题仍然是NP完全的.
2022-07-18 cs.CC quant-ph
Lightcone Bounds for Quantum Circuit Mapping via Uncomplexity
本文提出一种基于量子态距离最小化的光锥界方法,用于估算量子电路映射所需的最小SWAP门数,并验证其优于现有编译器与暴力方法。
2024-09-12 cs.ET quant-ph
Clarification on the Mapping of Reversible Circuits to the NCV-v1 Library
在以前的工作中,并在物理实现的理论讨论的激励下,一个新的量子门库(NCV-v1库)的量子电路的电子设计自动化已被提出。这里,假设量子位而不是量子位,即假设不依赖于两级量子系统而是(多值)d级量子系统的基本构建块。然而,关于这个新图书馆的基础的描述仍然很简短。本技术报告提供了应用思想和概念的扩展描述。
2013-09-05 cs.ET quant-ph
Mapping quantum circuits to shallow-depth measurement patterns based on graph states
本文将基于测量的量子计算概念融入电路模型,将任意量子电路拆分为经典可模拟的Clifford部分和基于稳定子态与图态形式的标准形式,从而实现浅层测量模式,并在QAOA和VQE上验证了实用性。
2023-11-27 quant-ph
Quantum-Train with Tensor Network Mapping Model and Distributed Circuit Ansatz
针对传统Quantum-Train框架中MLP映射存在的可扩展性与可解释性问题,提出用张量网络模型替代MLP并引入分布式线路拟设,在保留原有优势的同时提升了效率与泛化能力,为可扩展量子-经典混合机器学习提供实用方案。
2024-09-11 quant-ph
Hungarian Qubit Assignment for Optimized Mapping of Quantum Circuits on Multi-Core Architectures
针对多核模块化量子架构的量子比特分配问题,提出基于匈牙利算法的HQA方法,利用全电路交互信息实现细粒度划分,实验显示其平均性能提升1.28倍。
2023-10-02 quant-ph
Limiting the Search Space in Optimal Quantum Circuit Mapping
在当前可用的量子计算机上执行量子线路需要将它们编译为符合目标架构施加的所有限制的表示。由于设备的物理量子位的连接性有限,编译过程中的一个重要步骤是以所有门都可以在硬件上执行的方式映射电路。现有的解决方案提供最佳的解决方案,这一任务的严重挑战的指数复杂性的问题。在本文中,我们证明了映射问题的搜索空间可以大大限制,同时仍然保持最优性。所提出的策略是通用的,架构独立的,可以适应各种映射方法。这些发现得到了理论考虑和实验评估的支持。结果证实,通过限制搜索空间,可以确定最佳的解决方案的实例,超时之前或速度高达三个数量级可以实现。
2022-02-22 cs.ET quant-ph
Single-Qubit Gates Matter for Optimising Quantum Circuit Depth in Qubit Mapping
本文指出插入SWAP门会翻倍线路深度,提出一种考虑单比特门影响的简单有效方法,可结合现有QCT算法(如SABRE)优化线路深度,在真实量子线路上平均减少27%深度。
2023-08-01 cs.AR cs.ET quant-ph
MQT QMAP: Efficient Quantum Circuit Mapping
量子计算是一种新兴技术,有可能彻底改变密码学、机器学习、优化和量子模拟等领域。然而,在实际机器上实现量子算法的主要挑战是确保量子线路中的门(即,相应的操作)与目标架构的拓扑匹配,使得可以执行该电路,同时,所产生的成本(例如,在额外引入的门的数量、保真度等方面)保持低调。这被称为量子线路映射问题。本文概述了QMAP,这是一个开源工具,是Munich Quantum Toolkit(MQT)的一部分,提供了解决此问题的高效,自动化和可访问的方法。为此,本文首先对这一问题进行了简要回顾。之后,它显示了QMAP如何从用户和开发人员的角度有效地将量子线路映射到量子计算架构。QMAP在https://github.com/cda-tum/qmap上作为开源公开提供。
2023-01-27 cs.ET quant-ph
Hardware-aware Circuit Cutting and Distributed Qubit Mapping for Connected Quantum Systems
针对分布式量子系统中电路切割与量子比特映射研究不足的问题,提出自适应硬件感知框架DisMap,通过分析噪声构建虚拟拓扑以优化映射,在真实硬件上实现保真度提升20.8%且SWAP开销减少80.2%。
2024-12-24 cs.DC quant-ph
Wide Quantum Circuit Optimization with Topology Aware Synthesis
幺正合成是一种优化技术,可以在将量子线路映射到限制性量子比特拓扑结构的同时实现最佳的多量子比特门计数。由于合成算法在可扩展性方面受到其指数增长的运行时间和存储器需求的限制,因此应用于宽于5个量子位的电路需要将电路分割成更小的组件。在这项工作中,我们将探索减少深度(程序运行时间)和多量子位门指令计数的宽(16-100量子位)映射的量子线路优化与综合的方法。减少电路深度和门数直接影响并行量子机上的量子线路的程序性能和成功执行的可能性。我们提出了TopAS,一个拓扑感知的合成工具,内置的\emph{BQSKit}框架,前提条件量子线路映射之前。分区的子电路被优化并以平衡合成和映射算法的通常相反的需求的方式适合于稀疏量子比特子拓扑。这种技术可用于减少映射到Google和IBM稀疏量子位拓扑的宽量子线路的深度和门数。与大规模综合算法相比,TopAS在映射后专注于优化量子线路,当目标为2D网状拓扑时,深度平均减少35.2%,CNOT门数平均减少11.5%。当与传统的量子编译器使用窥视孔优化和映射算法的Qiskit或$t|ket\rangle$工具包相比,我们的方法是能够提供显着的性能改善,减少CNOT计数30.3%和深度平均38.2%。
2022-08-08 cs.ET quant-ph
TANGO: A Robust Qubit Mapping Algorithm via Two-Stage Search and Bidirectional Look
TANGO算法通过层级权重分配、两阶段路由搜索和双向前瞻SWAP策略,在多种量子设备上协同优化门数量与电路深度,提升了量子电路映射的保真度。
2025-03-10 cs.ET quant-ph
Robust Qubit Mapping Algorithm via Double-Source Optimal Routing on Large Quantum Circuits
提出Duostra算法,通过双源最优路由和启发式调度,在大规模量子电路上实现高效量子比特映射,平均降低映射成本21.75%,优于现有方法。
2024-08-03 cs.AR cs.ET quant-ph
Magic-State Functional Units: Mapping and Scheduling Multi-Level Distillation Circuits for Fault-Tolerant Quantum Architectures
量子计算机最近取得了很大的进步,并且正在朝着有用的容错计算的方向发展。容错量子计算中的主要开销是产生高保真编码的量子比特,称为魔态,其能够实现可靠的纠错计算。我们提出了第一个详细的硬件功能单元的设计,实现时空优化的魔术状态工厂的表面码纠错机。遥远的量子比特之间的相互作用需要表面码编织物(芯片上的物理路径),这些编织物必须路由。魔态工厂是由一组复杂的辫子组成的电路,比以前的工作中考虑的量子线路更难布线[1]。本文探讨了调度技术的影响,如门重排和量子位重命名,我们提出了两种新的映射技术:辫子排斥和偶极矩辫子旋转。我们将这些技术与图划分和社区检测算法相结合,并进一步引入一个拼接算法,将子图映射到一个物理机器上。我们的研究结果表明,5.64倍的时空体积减少相比,以前最著名的魔术状态工厂的设计。
2018-09-05 cs.ET quant-ph
MLIR for Quantum Beyond Gate Cancellation: Quantum Circuit Mapping Reimagined
Technical University of Munich(慕尼黑工业大学);Munich Quantum Software Company GmbH(慕尼黑量子软件有限公司)
研究针对量子编译中计算密集型任务,如量子电路映射,在MLIR生态系统中探索不足的问题。核心方法是在MLIR中重实现A*搜索算法。主要贡献是提出MLIR原生蓝图,集成效果好且质量和运行时表现超越以往。
2026-07-07 cs.ET quant-ph
Algorithm-Oriented Qubit Mapping for Variational Quantum Algorithms
本文提出算法导向量子比特映射(AOQMAP),通过利用算法结构与设备子拓扑的关联,在变分量子算法中实现深度最优且可扩展的映射,实验显示电路深度最多降低82%,成功概率平均提升138%。
2025-03-12 quant-ph
A Cost-Effective Layout-Aware Quantum Circuit Synthesis For Triangular, Square, and Heavy-Hex Layouts
Portland State University(波特兰州立大学)
本文提出了一种基于正Davio晶格的布局感知量子电路综合方法,通过引入SWAT门实现低成本的电路映射,适用于三角形、方形和重六边形布局。
2026-01-05 quant-ph
MLQM: Machine Learning Approach for Accelerating Optimal Qubit Mapping
本文提出MLQM方法,通过机器学习驱动的全局与局部搜索空间剪枝及数据增强策略,在保证最优量子比特映射的同时实现平均1.79倍求解加速和22%的空间复杂度优势。
2024-12-04 cs.ET quant-ph
Tackling the Qubit Mapping Problem with Permutation-Aware Synthesis
本研究提出分层的PAS+PAM量子比特映射路由算法,通过分块电路、置换感知合成与映射优化门数,实验显示其效果优于多款主流量子编译器,且可扩展易集成。
2023-05-04 cs.ET quant-ph
Quantum circuits for solving local fermion-to-qubit mappings
格点上费米子系统的局域哈密顿量可以映射到局域量子比特哈密顿量上。保持算子的局部性是以增加希尔伯特空间的辅助自由度为代价的。为了恢复代表费米子自由度的低维物理希尔伯特空间,必须满足一组约束。在这项工作中,我们介绍了量子线路,完全满足这些严格的约束。我们演示了如何保持局部性允许一个进行Trotterized的时间演化与恒定的电路深度每一个时间步。我们的构造特别有利于模拟d> 1维费米子系统的时间演化算符。我们还讨论了如何这些家庭的电路可以被用来作为变分量子态,集中在两种方法:第一个基于一般的常数费米子数门,和第二个基于哈密顿变分的anomaly的本征态是由参数化的时间演化算子。我们应用我们的方法的问题,找到基态和时间演化态的$t$-$V$模型。
2023-02-16 cond-mat.str-el quant-ph
Digital Annealer-Assisted CNOT Oriented Quantum Circuit Transpilation with Integrated QUBO Mapping and Routing
Keio University(庆应义塾大学);University College London(伦敦大学学院)
本文提出利用数字退火进行精度优先的量子电路编译,通过混合策略和全退火策略实现CNOT门数减少,提升近量子硬件的实用性。
2026-09-01 quant-ph
Optimal Mapping for Near-Term Quantum Architectures based on Rydberg Atoms
量子算法在密码学、化学和材料科学中的应用有望获得二次或指数级的加速。今天的量子计算机的拓扑结构提供有限的连接性,导致实现这种量子算法的显着开销。一维拓扑位移,弥补这些限制最近已被证明为架构的基础上里德伯原子,它们是可能的,在原则上在光子和离子阱架构。我们提出了第一个最佳的量子线路到架构的映射算法,利用这样的一维拓扑位移。我们基准测试我们的方法上的量子线路与多达15个量子比特和调查的改进相比,传统的映射的基础上插入交换门到量子线路。根据底层技术参数,我们的方法可以减少量子线路的深度高达58%,并增加保真度高达29%。我们还研究了一维位移和交换门的运行时间和保真度要求,以获得条件下,一维拓扑位移提供的好处。
2021-09-09 cs.AR quant-ph
Hybrid Circuit Mapping: Leveraging the Full Spectrum of Computational Capabilities of Neutral Atom Quantum Computers
针对中性原子量子计算机,提出首个结合高保真门相互作用与量子比特穿梭的快速混合编译器,通过解决编译复杂性并支持多量子比特门路由,充分利用其全频谱计算能力以提升电路映射与路由的保真度。
2023-11-23 cs.ET quant-ph
Quantum Compiler Design for Qubit Mapping and Routing: A Cross-Architectural Survey of Superconducting, Trapped-Ion, and Neutral Atom Systems
本综述系统分类了超导、离子阱和中性原子平台上的量子比特映射与路由方法,分析硬件感知编译器的优化目标,并总结挑战与未来研究方向。
2025-05-23 quant-ph
DC: Depth Control on Quantum Classical Circuit
针对NISQ电路可靠性与映射成本问题,本文提出Depth Control方法,通过切片降低电路深度,将PST平均提升11倍,并以多项式时间完成映射与路由优化。
2023-09-30 quant-ph
String Abstractions for Qubit Mapping
量子计算(QC)中的关键编译步骤之一是确定量子电路中使用的量子位的初始逻辑到物理映射。起始量子位布局的影响可以极大地影响QASM操作的后续调度和放置决策,由于量子编译器引入SWAP操作以满足量子设备的底层物理相邻和连接约束,因此在关键性能指标(门数和电路深度)上产生更高的值。在本文中,我们介绍了一种新的量子比特映射方法,基于弦的量子比特映射。关键的见解是优先考虑出现在访问的量子位对的最长重复非重叠子串中的逻辑量子位的映射。这种映射方法通过根据量子比特的全局频率使用来分配量子比特来补充。我们评估和比较我们的新映射方案对两个量子编译器(QISKIT和TKET)和两个设备拓扑结构,IBM曼哈顿(65量子位)和IBM加尔各答(27量子位)。我们的研究结果表明,结合两种映射机制往往比单独使用任何一种机制都能获得更好的结果,使我们能够获得最佳的QISKIT和TKET基线,在几个组的大小中平均提高13%至17%,电路深度减少32%,门体积提高63%。
2021-11-05 cs.ET quant-ph
Singly-excited resonant open quantum system Tavis-Cummings model with quantum circuit mapping
本文针对单激发开放TC模型提出线性复杂度解析解,并据此设计Q-MARINA算法,将N原子与有损耗腔的动力学映射为N+1量子比特和2N纠缠门的量子电路,并在量子硬件上验证其鲁棒性。
2023-11-15 physics.comp-ph physics.optics quant-ph
Profiling quantum circuits for their efficient execution on single- and multi-core architectures
Universitat Politècnica de Catalunya(加泰罗尼亚理工大学)
本研究首次引入基于图论的度量指标,对量子电路进行严格分析,揭示电路属性与映射性能的联系,并强调多核架构的潜力,以助力性能预测和基准测试集定义。
2024-07-17 cs.ET cs.LG quant-ph
Nearest neighbor synthesis of CNOT circuits on general quantum architectures
本文针对一般量子架构提出关键量子比特优先映射模型和噪声感知CNOT线路最近邻综合算法,利用禁忌搜索优化初始映射,有效提升了综合后线路的保真度。
2025-05-31 cs.ET quant-ph