Near-term quantum systems are noisy. Crosstalk noise has been identified as one of the major sources of noises in superconducting Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices. Crosstalk arises from the concurrent execution of two-qubit gates, such as \texttt{CX}, on nearby qubits. It may significantly increase the error rate of gates compared to running them individually. Crosstalk can be mitigated through scheduling or hardware tuning. Prior studies, however, handle crosstalk at a very late stage in the compilation later, typically after hardware mapping is done. It might miss great opportunities of optimizing algorithm logic, routing, and crosstalk at the same time. In this paper, we push the envelope by considering all these factors simultaneously at the very early compilation stage. We propose a crosstalk-aware quantum program compilation framework called CQC that can enhance crosstalk-mitigation while achieving satisfactory circuit depth. Moreover, we identify opportunities for translation from intermediate representation to the circuit for application-specific crosstalk mitigation, for instance, the \texttt{CX} ladder construction in variational quantum eigensolvers (VQE). Evaluations through simulation and on real IBM-Q devices show that our framework can significantly reduce the error rate by up to 6$\times$, with only $\sim$60\% circuit depth compared to state-of-the-art gate scheduling approaches. In particular for VQE, we demonstrate 49\% circuit depth reduction with 9.6\% fidelity improvement over prior art on the H4 molecule using IBMQ Guadalupe. Our CQC framework will be released on GitHub.


翻译:近距离量子系统十分吵闹。 交叉尾声已被确定为超导中度量子( NASQ) 设备中超导中度量子( NISQ) 中度量子( NISQ) 中度量子设备的主要噪音来源之一。 交叉尾声来自同时在附近的quits 上同时执行双Qit门( 如\ texttt{ CX} ) 。 这可能会大大提高门的误差率。 交叉声波可以通过时间表或硬件调制来缓解门的误差率。 但是, 先前的研究发现, 在编集的非常晚的阶段处理交叉声波, 通常是在硬件绘图完成后处理。 它可能会错过优化算法逻辑、 路流和交叉声道( NIC+X) 在早期编集阶段同时考虑所有这些因素, 我们提议一个交叉声量量量子程序汇编框架框架, 它可以提高交叉声调速度, 同时达到电路深度。 此外, 我们发现从中间代表到应用特定的电路路流, 例如, 6Cxxxx) 梯结构结构构造将显示我们真实深度框架的降为 QQ。

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