基于混合整数规划的可证明最优量子电路

该研究团队提出了一个用于量子电路编译的深度感知优化框架,将可证明的最优性与可扩展启发式方法统一起来。对于目标幺正矩阵的精确合成,他们构建了一个混合整数线性规划(MILP),线性处理全局相位等效性,并使用显式并行调度变量来验证中小型电路的深度最优解。特定领域的有效约束,包括恒等排序、对易门剪枝、短序列冗余切割和厄米共轭连接,显著加速了分支定界算法,在标准基准测试中实现了高达43倍的加速。 该框架支持硬件感知目标,使容错(如T计数)和NISQ时代(如纠缠门)设备成为可能。对于近似合成,他们提出了三个目标:(i)精确但非凸的相位不变保真度最大化;(ii)最大化实数迹重叠的线性代理,产生保真度的紧下界;(iii)最小化电路Frobenius误差的凸二次函数。 为扩展到精确MILP之外,该研究团队提出了一种新颖的滚动时域优化(RHO)方法,主要在时间维度滚动,限制活跃量子位数,并在全局优化窗口段时强制实施每量子位闭合。这保留了局部上下文,降低了希尔伯特空间维度,并在无需辅助量子位的情况下实现迭代改进。在一个142门的种子电路上,RHO产生了116门,比种子电路减少了18.3%,同时避免了短视遍历与长运行时间之间的权衡。 经验表明,该精确编译框架在标准目标上实现了认证的深度最优电路、高保真度斐波那契任意子编织,并在多体奇偶校验电路上实现了36%的门数减少。所有方法都已集成到开源项目QuantumCircuitOpt中,提供了一个连接精确认证和可扩展合成的统一框架。
作者所在地: VIP可见
提交arXiv: 2025-10-01 08:25

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