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Reducing 2-qubit gate count for ZX-calculus based quantum circuit optimization

Staudacher, Korbinian und Guggemos, Tobias und Gehrke, Wolfgang und Grundner-Culemann, Sophia (2022) Reducing 2-qubit gate count for ZX-calculus based quantum circuit optimization. Quantum Processing and Languages (QPL22), 2022-06-27 - 2022-07-01, Oxford, UK.

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339kB

Offizielle URL: https://www.qplconference.org/proceedings2022/QPL_2022_paper_10.pdf

Kurzfassung

In the near term, programming quantum computers will remain severely limited by low quantum volumes. Therefore, it is desirable to implement quantum circuits with the fewest resources possible. For the common Clifford+T circuits, most research is focused on reducing the number of T gates, since they are an order of magnitude more expensive than Clifford gates in quantum error corrected encoding schemes. However, this optimization sometimes leads to more 2-qubit gates, which, even though they are less expensive in terms of fault-tolerance, contribute significantly to the overall circuit cost. Approaches based on the ZX-calculus have recently gained some popularity in the field, but reduction of 2-qubit gates is not their focus. In this work, we present an alternative for improving 2-qubit gate count of a quantum circuit with the ZX-calculus by using heuristics in ZX-diagram simplification. Our approach maintains the good reduction of the T gate count provided by other strategies based on ZX-calculus, thus serving as an extension for other optimization algorithms. Our results show that combining the available ZX-calculus-based optimizations with our algorithms can reduce the number of 2-qubit gates by as much as 40 % compared to current approaches using ZX-calculus. Additionally, we improve the results of the best currently available optimization technique of Nam et. al [22] for some circuits by up to 15 %.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/188470/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Reducing 2-qubit gate count for ZX-calculus based quantum circuit optimization
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Staudacher, Korbinianstaudacher (at) nm.ifi.lmu.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Guggemos, Tobiastobias.guggemos (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gehrke, Wolfgangwolfgang.gehrke (at) unibw.dehttps://orcid.org/0000-0001-8114-2083NICHT SPEZIFIZIERT
Grundner-Culemann, Sophiagrundner-culemann (at) nm.ifi.lmu.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2022
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Seitenbereich:Seiten 1-17
Status:veröffentlicht
Stichwörter:quantum computing, quantum circuit
Veranstaltungstitel:Quantum Processing and Languages (QPL22)
Veranstaltungsort:Oxford, UK
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:27 Juni 2022
Veranstaltungsende:1 Juli 2022
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Künstliche Intelligenz
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > EO Data Science
Hinterlegt von: Beuchert, Tobias
Hinterlegt am:11 Okt 2022 13:39
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:49

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