Near-term quantum computers are expected to work in an environment where each operation is noisy, with no error correction. Therefore, quantum-circuit optimizers are applied to minimize the number of noisy operations. Today, physicists are constantly experimenting with novel devices and architectures. For every new physical substrate and for every modification of a quantum computer, we need to modify or rewrite major pieces of the optimizer to run successful experiments. In this paper, we present QUESO, an efficient approach for automatically synthesizing a quantum-circuit optimizer for a given quantum device. For instance, in 1.2 minutes, QUESO can synthesize a verified optimizer for IBM computers that significantly outperforms leading compilers, such as IBM's Qiskit and TKET, on the majority (85%) of the circuits in a diverse benchmark suite. A number of theoretical and algorithmic insights underlie QUESO: (1) An algebraic approach for representing rewrite rules and their semantics. This facilitates reasoning about complex symbolic rewrite rules that are beyond the scope of existing techniques. (2) A fast approach for verifying equivalence of quantum circuits by reducing the problem to a special form of polynomial identity testing. (3) A novel probabilistic data structure, called a polynomial identity filter (PIF), for efficiently synthesizing rewrite rules. (4) A beam-search-based algorithm that efficiently applies the synthesized symbolic rewrite rules to optimize quantum circuits.


翻译:近距离量子计算机预计将在每次操作都非常吵闹且没有错误校正的环境中工作。 因此, 量子电路优化器将被用于最大限度地减少噪音操作的数量。 今天, 物理学家正在不断试验新型装置和结构。 对于每个新的物理基底和量子计算机的每一次修改, 我们需要修改或重写优化器中的主要部分, 以进行成功的实验。 在本文中, 我们介绍QUESO, 一种自动合成量子设备量子电路优化器的有效方法。 例如, 在1.2分钟内, QUESO 可以合成一个经核实的优化器, 以尽量减少音频操作的数量。 (2) IBM 的 Qiskit 和 TKRTET 等主要编译器在多种基准集中的大多数( 85% ) 。 QUESOO: () 一种用于代表重写规则及其语义学精度的测方法。 这有利于解释复杂的符号重写规则, 并且超越了现有技术的范围。 (b) (2) 一种快速的方法, 用于核实特殊身份定序结构结构的快速分析, 。

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