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量子物理

arXiv:2504.15141 (quant-ph)
[提交于 2025年4月21日 (v1) ,最后修订 2025年5月23日 (此版本, v2)]

标题: 分解量子编译:性能分析和识别高成本步骤

标题: Breaking Down Quantum Compilation: Profiling and Identifying Costly Passes

Authors:Felix Zilk, Alessandro Tundo, Vincenzo De Maio, Ivona Brandic
摘要: 随着量子系统能力的不断提升,量子程序的高效实用执行变得越来越关键。 每次执行都包括编译时间,这占用了整体程序运行时间的大量开销。 为了解决这一挑战,一些利用预编译技术的方案已经出现,其中整个电路或选定组件被预先编译,以减少执行期间花费的编译时间。 考虑到编译时间对量子程序执行的影响,确定每个单独的编译任务对执行时间的贡献是必要的,以便将社区的研究努力引导至开发高效的编译和执行流程。 在本工作中,我们对Qiskit中的量子电路编译过程进行了初步分析,检查了每个单独编译任务的累计运行时间,并确定了对整体编译时间影响最大的任务。 我们的结果表明,随着所需优化水平的提高,电路优化和门合成步骤成为编译量子傅里叶变换的主要任务,单个步骤可能消耗高达87%的总编译时间。 映射步骤对于GHZ态准备电路的编译时间最长,占总编译时间的99%以上。
摘要: With the increasing capabilities of quantum systems, the efficient, practical execution of quantum programs is becoming more critical. Each execution includes compilation time, which accounts for substantial overhead of the overall program runtime. To address this challenge, proposals that leverage precompilation techniques have emerged, whereby entire circuits or select components are precompiled to mitigate the compilation time spent during execution. Considering the impact of compilation time on quantum program execution, identifying the contribution of each individual compilation task to the execution time is necessary in directing the community's research efforts towards the development of an efficient compilation and execution pipeline. In this work, we perform a preliminary analysis of the quantum circuit compilation process in Qiskit, examining the cumulative runtime of each individual compilation task and identifying the tasks that most strongly impact the overall compilation time. Our results indicate that, as the desired level of optimization increases, circuit optimization and gate synthesis passes become the dominant tasks in compiling a Quantum Fourier Transform, with individual passes consuming up to 87% of the total compilation time. Mapping passes require the most compilation time for a GHZ state preparation circuit, accounting for over 99% of total compilation time.
评论: 6页,5图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 新兴技术 (cs.ET)
引用方式: arXiv:2504.15141 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2504.15141v2 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.15141
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Felix Zilk [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 4 月 21 日 14:45:01 UTC (1,725 KB)
[v2] 星期五, 2025 年 5 月 23 日 13:58:35 UTC (1,737 KB)
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