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Quantum circuit synthesis on noisy intermediate-scale quantum devices

受控非门 量子电路 量子位元 计算机科学 量子计算机 量子算法 量子纠错 算法 量子傅里叶变换 量子相位估计算法 量子 量子网络 计算科学 理论计算机科学 拓扑(电路) 计算机工程 数学 量子力学 物理 组合数学
作者
Shuai Yang,Guojing Tian,Jialin Zhang,Xiaoming Sun
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:109 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physreva.109.012602
摘要

In the near future of the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) era, almost all quantum computing devices will be restricted to a specific fixed qubits connectivity architecture. Thus, the synthesis of quantum circuits with limited connectivity is urgent. We design quantum circuit synthesis algorithms for basic and essential synthesis problems, such as quantum state preparation, general unitary synthesis, and quantum isometries. For any architecture, the controlled not (cnot) count is at most 5/3 times the state-of-the-art result on complete-graph architecture. For some specific architectures, such as square-grid ones, the ratio is reduced to 1.126. The numerical simulation result is confirmatory of theoretical conclusions. Our algorithms significantly reduce by more than $50%$ additional cnot count compared to mapping algorithms. These algorithms help to implement the larger-scale algorithm in the physics device. Our results illustrate that well-designed synthesis algorithms can mitigate the problem of limited qubit connectivity in the NISQ era and may suggest the design of large-scale quantum devices.
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