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Compilation Algorithms for Gate-Based Quantum Computing

Timme, Paul (2021) Compilation Algorithms for Gate-Based Quantum Computing. Masterarbeit, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
750kB

Kurzfassung

This thesis addresses the compilation of quantum circuits by swap gate insertion, a process in which a series of quantum gates, is to be made executable on a given device by manipulating its storage pattern. Utilizing results by Even and Miltzow et al. we find an abstract linear programming formulation of sequential quantum compilation approximately minimizing the compilation effort on lattice quantum architectures for a broad class of quantum circuits. The linear program is polynomial-time solvable and its solution can be used to extract feasible compilations at polylogarithmic overhead in total gate count by adaption of results on high-dimensional embeddings and random projections by Feige and Vempala. A method of Rotter and Vygen can be applied to improve the approximation ratio under the assumption of a conjecture on optimal solutions for periodic boundary conditions. For a general parallel model of quantum compilation we find that attaining similar approximations reduces to the choice of an appropriate gate execution order, applying results by Demaine et al. on parallel motion planning. Furthermore two locally optimal compilation heuristics are presented and their performance tested on benchmarks from Tan and Cong's optimality study of existing quantum computing layout synthesis tools.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/146962/
Dokumentart:Hochschulschrift (Masterarbeit)
Zusätzliche Informationen:Betreut von: Dr. Tobias Stollenwerk korrigierte Version
Titel:Compilation Algorithms for Gate-Based Quantum Computing
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Timme, PaulNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:14 Juli 2021
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Seitenanzahl:53
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Gate-based quantum computing, compilation, quantum circuit, swap gate
Institution:Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Abteilung:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Quantencomputing
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Lobe, Elisabeth
Hinterlegt am:13 Dez 2021 09:09
Letzte Änderung:13 Dez 2021 09:09

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