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量子物理

arXiv:2412.07803 (quant-ph)
[提交于 2024年12月9日 ]

标题: 模式树:基于模式匹配的量子电路优化效率提升

标题: Pattern Tree: Enhancing Efficiency in Quantum Circuit Optimization Based on Pattern-matching

Authors:Mingyu Chen, Yu Zhang, Zhaoyu Zheng, Yongshang Li, Haoning Deng
摘要: 量子电路优化对于提高量子算法的性能至关重要,特别是在具有有限量子比特连接性和高错误率的噪声中等规模量子(NISQ)设备上。 模式匹配已被证明是一种有效技术,通过用功能等效且高效的版本替换子电路来识别和优化子电路,包括减少电路深度和促进平台移植性。 然而,现有方法在处理大规模电路和众多变换规则时面临挑战,通常会导致冗余匹配和增加编译时间。 在本研究中,我们提出了一种基于模式匹配的量子电路优化新框架,以提高其效率。 观察到现有变换规则应用中的冗余性,我们的方法采用模式树结构来组织这些规则,在模式匹配算法执行过程中减少冗余操作,提高匹配效率。 我们设计并实现了一个编译框架,以展示模式树方法的实用性。 实验结果表明,基于模式树的模式匹配可以在一个广泛接受的基准集上平均减少20%的执行时间。 此外,我们分析了如何构建模式树以最大化编译时间的优化。 评估结果表明,我们的方法有望将编译时间优化90%。
摘要: Quantum circuit optimization is essential for improving the performance of quantum algorithms, particularly on Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices with limited qubit connectivity and high error rates. Pattern matching has proven to be an effective technique for identifying and optimizing subcircuits by replacing them with functionally equivalent, efficient versions, including reducing circuit depth and facilitating platform portability. However, existing approaches face challenges in handling large-scale circuits and numerous transformation rules, often leading to redundant matches and increased compilation time. In this study, we propose a novel framework for quantum circuit optimization based on pattern matching to enhance its efficiency. Observing redundancy in applying existing transformation rules, our method employs a pattern tree structure to organize these rules, reducing redundant operations during the execution of the pattern-matching algorithm and improving matching efficiency. We design and implement a compilation framework to demonstrate the practicality of the pattern tree approach. Experimental results show that pattern-tree-based pattern matching can reduce execution time by an average of 20% on a well-accepted benchmark set. Furthermore, we analyze how to build a pattern tree to maximize the optimization of compilation time. The evaluation results demonstrate that our approach has the potential to optimize compilation time by 90%.
评论: 18页,9图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 新兴技术 (cs.ET); 性能 (cs.PF)
引用方式: arXiv:2412.07803 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2412.07803v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.07803
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Mingyu Chen [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 12 月 9 日 07:21:11 UTC (1,610 KB)
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