使用精确 CNOT 综合公式的量子态制备
Quantum State Preparation Using an Exact CNOT Synthesis Formulation
AI总结：
本文提出基于精确 CNOT 综合公式的量子态制备算法，首次实现自动化设计超越人工设计，显著降低 Dicke 态及一般量子态的 CNOT 门数量。
摘要：
在量子编译中，最小化量子态制备里 CNOT 门的使用是一个关键步骤，因为 CNOT 门会引入耦合约束，并且比单量子比特门产生更多噪声。减少 CNOT 门数量可以带来更高效、更准确的量子计算。然而，在经典计算机上，由于缺乏对叠加态和纠缠态建模的兼容性，CNOT 优化算法在可扩展性和最优性方面面临挑战。本文提出了一种使用精确 CNOT 综合公式的高效态制备算法。我们的方法是一个里程碑，作为首个超越人工设计的自动化设计算法，将制备 Dicke 态所需的最少 CNOT 门数量降低了 2 倍。对于最多 20 个量子比特的一般量子态，与最新算法相比，我们的方法在稠密态和稀疏态上平均分别将 CNOT 门数量减少了 9% 和 32%。
英文摘要：
Minimizing the use of CNOT gates in quantum state preparation is a crucial step in quantum compilation, as they introduce coupling constraints and more noise than single-qubit gates. Reducing the number of CNOT gates can lead to more efficient and accurate quantum computations. However, the lack of compatibility to model superposition and entanglement challenges the scalability and optimality of CNOT optimization algorithms on classical computers. In this paper, we propose an effective state preparation algorithm using an exact CNOT synthesis formulation. Our method represents a milestone as the first design automation algorithm to surpass manual design, reducing the best CNOT numbers to prepare a Dicke state by 2x. For general states with up to 20 qubits, our method reduces the CNOT number by 9% and 32% for dense and sparse states, on average, compared to the latest algorithms.
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