Simulating fermionic systems on quantum hardware requires compiling fermionic Hamiltonians into executable quantum circuits. Existing approaches treat each compilation stage independently, applying heuristics with localized objectives that produce circuits with superquartic gate count and depth scaling and compilation times reaching several hours for large instances. We present Accordion, an end-to-end framework that co-designs the fermion-to-qubit mapping with circuit synthesis and hardware routing. Accordion fixes the Jordan Wigner mapping, which despite its higher Pauli weight produces Pauli operators with structural regularity that enables provably efficient circuit generation. For full-rank all-to-all electronic structure Hamiltonians, we prove O(N^4) gate count and circuit depth, matching the information-theoretic lower bound imposed by the Theta(N^4) second excitation terms. On linear, IBM heavy-hex, and square-grid architectures, Accordion reduces gate count by up to 79% and circuit depth by up to 77% relative to the best baseline.


翻译:在量子硬件上模拟费米子系统需要将费米子哈密顿量编译为可执行的量子电路。现有方法独立处理每个编译阶段,应用具有局部目标的启发式规则,导致电路门数和深度呈超四次方缩放,且对于大规模实例编译时间长达数小时。我们提出Accordion——一个将费米子-量子比特映射与电路合成及硬件路由协同设计的端到端框架。Accordion采用Jordan-Wigner映射,尽管其产生更高Pauli权重,但生成的Pauli算子具有结构规则性,可保证高效的电路生成。对于满秩全连接电子结构哈密顿量,我们证明了O(N^4)的门数和电路深度,匹配由Θ(N^4)二阶激发项所加的信息论下界。在直线型、IBM重六角型及方格型架构上,Accordion相较于最优基准方法将门数减少最多79%,电路深度减少最多77%。

0
下载
关闭预览

相关内容

量子机器学习综述
专知会员服务
57+阅读 · 2024年2月18日
《量子目标检测》182页博士论文,约克大学
专知会员服务
29+阅读 · 2023年3月22日
量子机器学习的基础和应用:一个简明文献综述
专知会员服务
40+阅读 · 2022年6月28日
【2022新书】给工程师的量子机器学习简介,204页pdf
专知会员服务
56+阅读 · 2022年5月22日
专知会员服务
37+阅读 · 2021年9月12日
谷歌EfficientNet缩放模型,PyTorch实现登热榜
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2019年6月4日
基于模型系统的系统设计
科技导报
10+阅读 · 2019年4月25日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18日
硬件加速神经网络综述
计算机研究与发展
26+阅读 · 2019年2月1日
超全总结:神经网络加速之量化模型 | 附带代码
论文笔记:多任务相关粒子滤波跟踪器
统计学习与视觉计算组
10+阅读 · 2017年7月7日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《国防与国际安全中的量子-人工智能融合》报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:44
致命七类无人机:无人机时代的演进型合成兵种
《异构无人水面艇集群作战自主制导算法》130页
相关资讯
谷歌EfficientNet缩放模型,PyTorch实现登热榜
机器学习算法与Python学习
11+阅读 · 2019年6月4日
基于模型系统的系统设计
科技导报
10+阅读 · 2019年4月25日
深度学习中Attention Mechanism详细介绍:原理、分类及应用
深度学习与NLP
10+阅读 · 2019年2月18日
硬件加速神经网络综述
计算机研究与发展
26+阅读 · 2019年2月1日
超全总结:神经网络加速之量化模型 | 附带代码
论文笔记:多任务相关粒子滤波跟踪器
统计学习与视觉计算组
10+阅读 · 2017年7月7日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员