Implementation of a quantum division circuit on noisy intermediate-scale quantum devices using dynamic circuits and approximate computing

量子计算机 量子电路 计算机科学 量子纠错 量子位元 量子算法 量子网络 量子信息 量子门 量子技术 量子 理论计算机科学 开放量子系统 物理 量子力学
作者
Sohrab Sajadimanesh,Ehsan Atoofian
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:109 (5)
标识
DOI:10.1103/physreva.109.052601
摘要

Contemporary quantum computers with tens to hundreds of physical quantum bits (qubits) are susceptible to quantum noise. As a result, running quantum circuits on these computers is error prone. In particular, deep quantum circuits with a large number of quantum gates and qubits are more likely to fail on quantum computers. In this work, we propose a design for the quantum arithmetic division operation which runs successfully on contemporary quantum computers. A quantum division circuit is needed for realization of quantum algorithms in scientific and image processing applications. While there have been a limited number of prior works on quantum division, none of them can be implemented on quantum computers due to excessive circuit complexity. We propose a different design that exploits dynamic circuits and approximate computing to deploy a quantum division circuit in quantum computers. The dynamic circuit is a new feature in recent quantum computers for midcircuit measurement in hardware. We exploit this feature to reduce the number of qubits and increase the fidelity of quantum division. We also exploit approximate computing to overcome noise in quantum hardware. We carefully tune the scope of approximation in our circuits to offer an acceptable level of accuracy. We run our division circuit on an IBM quantum computer and show that our circuit overcomes quantum noise and generates meaningful results.
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