The quantum instruction set (QIS) is defined as the quantum gates that are physically realizable by controlling the qubits in quantum hardware. Compiling quantum circuits into the product of the gates in a properly defined QIS is a fundamental step in quantum computing. We here propose the quantum variational instruction set (QuVIS) formed by flexibly designed multi-qubit gates for higher speed and accuracy of quantum computing. The controlling of qubits for realizing the gates in a QuVIS is variationally achieved using the fine-grained time optimization algorithm. Significant reductions in both the error accumulation and time cost are demonstrated in realizing the swaps of multiple qubits and quantum Fourier transformations, compared with the compiling by a standard QIS such as the quantum microinstruction set (QuMIS, formed by several one- and two-qubit gates including one-qubit rotations and controlled-NOT gates). With the same requirement on quantum hardware, the time cost for QuVIS is reduced to less than one half of that for QuMIS. Simultaneously, the error is suppressed algebraically as the depth of the compiled circuit is reduced. As a general compiling approach with high flexibility and efficiency, QuVIS can be defined for different quantum circuits and be adapted to the quantum hardware with different interactions.


翻译:量子指令集(QIS)定义为通过控制量子硬件中的量子比特而物理可实现的量子门集合。将量子电路编译为恰当定义QIS中门运算的乘积,是量子计算的基础步骤。本文提出由灵活设计的多量子比特门构成的量子变分指令集(QuVIS),以实现更高速度与精度的量子计算。通过细粒度时间优化算法,变分地完成对实现QuVIS中门所需量子比特的控制。与采用标准QIS(如量子微指令集QuMIS,由若干单比特和双比特门组成,包括单比特旋转门和受控非门)的编译相比,在实现多量子比特交换与量子傅里叶变换时,QuVIS显著降低了误差累积与时间开销。在量子硬件要求相同的情况下,QuVIS的时间开销降至QuMIS的一半以下,同时由于编译电路深度降低,误差得到代数级抑制。作为一种具备高灵活性与高效率的通用编译方法,QuVIS可针对不同量子电路定义,并适配具有不同相互作用的量子硬件。

0
下载
关闭预览

相关内容

编译器(Compiler),是一种计算机程序,它会将用某种编程语言写成的源代码(原始语言),转换成另一种编程语言(目标语言)。
专知会员服务
26+阅读 · 2021年4月2日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月29日
Arxiv
15+阅读 · 2018年4月5日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
1+阅读 · 今天14:45
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
3+阅读 · 今天13:50
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
2+阅读 · 今天13:33
相关VIP内容
专知会员服务
26+阅读 · 2021年4月2日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015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 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员