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后端感知容错量子预言机合成.pdf

上传人: 芦苇 编号:651831 2025-05-01 21页 3.45MB

1、Back-end-aware Fault-tolerant Quantum Oracle SynthesisMingfei Yu1,Alessandro Tempia Calvino1,Mathias Soeken2and Giovanni De Micheli11Integrated Systems Laboratory(LSI),EPFL,Switzerland2Microsoft Quantum,SwitzerlandJanuary 22,2025,at ASP-DAC 2025Z Mingfei Yu|twoOutlineIntroductionMotivationMethodolog

2、iesExperimental EvaluationConclusion and DiscussionZ Mingfei Yu|threeIntroduction:Quantum OraclesWhat is a quantum oracle:A quantum circuit that implements a Boolean function.Given a Boolean function f(x),an oracle Ofrealizes:|x|y|0l7|x|y f(x)|0l.Why do we need quantum oracles:Fundamental component

3、in many quantum algorithms and applications:Shors algorithm1:Realizing modular exponentiation function in phase estimation.Quantum chemistry applications2:Encoding Hamiltonian matrices.1Peter W.Shor.“Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer”.In

4、:SIAM Journal on Computing 26.5(1997),pp.14841509.ISSN:1095-71112Aln Aspuru-Guzik et al.“Simulated Quantum Computation of Molecular Energies”.In:Science 309.5741(2005),pp.17041707Z Mingfei Yu|fourIntroduction:Quantum Oracle Synthesis FlowBoolean functionLogic representationLogic optimizationCompilat

5、ionQuantum oracleFuction-dependent synthesis flowGeneric constructionFuction-independent synthesis flowFunction-independent oracle synthesis:Requiring more resources than function-dependent ones but might be favored in practice.A generic construction ensures a uniform layout.Suited for cases where t

6、arget functions require frequent reconfiguration.Function-dependent oracle synthesis:XOR-AND-invertor graphs(XAGs)is an ideal logic representation.Correlation between AND nodes in an XAG and T gates in a Clifford+T oracle.Z Mingfei Yu|fourIntroduction:Quantum Oracle Synthesis FlowBoolean functionLog

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本文主要介绍了一种面向后端的容错量子 Oracle 合成方法。作者 Yufeng Mingfei、Alessandro Tempia Calvino、Mathias Soeken 和 Giovanni De Micheli,来自 EPFL 的集成系统实验室和微软量子。文章在 ASP-DAC 2025 上发表。 文章首先介绍了量子 Oracle 的概念,即实现布尔函数的量子电路。量子 Oracle 在许多量子算法和应用中扮演基本组件的角色,例如 Shor 算法中的模幂运算函数实现和量子化学应用中的哈密顿矩阵编码。 接着,文章提出了量子 Oracle 合成流程,包括布尔函数的逻辑表示、逻辑优化、编译和量子 oracle 的函数依赖合成流程。函数独立的 oracle 合成虽然需要更多的资源,但在实践中可能更受欢迎。 文章还探讨了如何利用 XAG(可扩展算子图形)生成低功耗的 oracle 设计,以及如何通过布局策略和切割重写技术来优化逻辑网络设计。此外,文章还提出了一种基于投票驱动的切割过滤器,用于指导量子 oracle 合成任务。 最后,文章通过实验评估了所提出方法的效果,并在 T 门、逻辑时间步和辅助量子位等方面进行了优化。结果显示,所提出的方法在实现高效的量子 oracle 设计方面具有显著优势。
如何优化资源使用?" 如何实现高效的量子电路设计?" 量子 Oracle 合成的未来方向是什么?"
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