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Quantum Information Processing
Erschienen in: Quantum Information Processing 2/2024

01.02.2024

Practical circuit optimization algorithm for quantum simulation based on template matching

verfasst von: Yuxiang Liu, Zaichen Zhang, Yi Hu, Fanxu Meng, Tian Luan, Xianchao Zhang, Xutao Yu

Erschienen in: Quantum Information Processing | Ausgabe 2/2024

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Abstract

We propose a circuit optimization algorithm that facilitates the implementation of various applications on noise intermediate-scale quantum (NISQ) devices. The algorithm is hardware-independent and reduces the overall circuit cost of Hamiltonian simulation, particularly by minimizing the number of CNOT gates. Our approach employs a sub-circuit synthesis scheme for intermediate representation and proposes the practical template matching algorithm (TM) for gate elimination to minimize CNOT counts. This algorithm demonstrates low complexity and enhances the circuit performance of Hamiltonian simulations. In our simulations, we benchmarked different algorithms across various Hamiltonian models to quantify and compare the benefits of our approach. Compared with advanced generic compilers and specific quantum compilers, the results obtained from simulating our algorithm show an average reduction of 1.5\(\times \) (up to 2.56\(\times \)) in CNOT counts, and 1.4\(\times \) (up to 3.1\(\times \)) in circuit depth. This improvement further advances the practical application of Hamiltonian simulation in the NISQ era.
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Metadaten
Titel
Practical circuit optimization algorithm for quantum simulation based on template matching
verfasst von
Yuxiang Liu
Zaichen Zhang
Yi Hu
Fanxu Meng
Tian Luan
Xianchao Zhang
Xutao Yu
Publikationsdatum
01.02.2024
Verlag
Springer US
Erschienen in
Quantum Information Processing / Ausgabe 2/2024
Print ISSN: 1570-0755
Elektronische ISSN: 1573-1332
DOI
https://doi.org/10.1007/s11128-023-04252-2

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