In the last couple of years, quantum computing has come out as emerging trends of computation not only due to its immense popularity but also for its commitment towards physical realization of quantum circuit in on-chip units. At the same time, the process of physical realization has faced several design constraints and one such problem is nearest neighbor (NN) enforcement which demands all the operating qubits to be placed adjacent in the implementable circuit. Though SWAP gate embedment can transform a design into NN architecture, it still creates overhead in the design. So, designing algorithms to restrict the use of SWAPs bears high importance.Considering this fact, in this work, we are proposing a heuristic-based improved qubit placement strategy for efficient implementation of NN circuit. Two different design policies are being developed here. In the first scheme, a global reordering technique based on clustering approach is shown. In the second scheme, a local reordering technique based on look-ahead policy is developed. This look-ahead strategy considers the impact over the gates in the circuit and thereby estimates the effect using a cost metric to decide the suitable option for SWAP implementation. Furthermore, the joint use of both the ordering schemes also has been explored here. To ascertain the correctness of our design algorithms, we have tested them over a wide range of benchmarks and the obtained results are compared with some state-of-the-art design approaches. From this comparison, we have witnessed a considerable reduction on SWAP cost in our design scheme against the reported works’ results.

中文翻译：

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使用聚类和前瞻策略实现量子电路的线性最近邻

在过去的几年里，量子计算已经成为计算的新兴趋势，这不仅是因为它的巨大普及，而且还因为它致力于在片上单元中物理实现量子电路。同时，物理实现的过程面临着几个设计限制，其中一个问题是最近邻 (NN) 强制执行，它要求所有操作的量子位在可实现的电路中相邻放置。尽管 SWAP 门嵌入可以将设计转换为 NN 架构，但它仍然会在设计中产生开销。因此，设计算法来限制 SWAP 的使用非常重要。考虑到这一事实，在这项工作中，我们提出了一种基于启发式改进的量子比特放置策略，以有效地实现 NN 电路。这里正在制定两种不同的设计策略。在第一个方案中，展示了一种基于聚类方法的全局重新排序技术。在第二种方案中，开发了一种基于前瞻策略的局部重排序技术。这种前瞻策略考虑了对电路中栅极的影响，从而使用成本度量来估计影响，从而确定 SWAP 实施的合适选项。此外，这里还探讨了两种排序方案的联合使用。为了确定我们设计算法的正确性，我们在广泛的基准测试中对它们进行了测试，并将获得的结果与一些最先进的设计方法进行了比较。从这个比较中，我们见证了我们的设计方案中的 SWAP 成本与报告的工程结果相比显着降低。展示了一种基于聚类方法的全局重新排序技术。在第二种方案中，开发了一种基于前瞻策略的局部重排序技术。这种前瞻策略考虑了对电路中栅极的影响，从而使用成本度量来估计影响，从而确定 SWAP 实施的合适选项。此外，这里还探讨了两种排序方案的联合使用。为了确定我们设计算法的正确性，我们在广泛的基准测试中对它们进行了测试，并将获得的结果与一些最先进的设计方法进行了比较。从这个比较中，我们见证了我们的设计方案中的 SWAP 成本与报告的工程结果相比显着降低。展示了一种基于聚类方法的全局重新排序技术。在第二种方案中，开发了一种基于前瞻策略的局部重排序技术。这种前瞻策略考虑了对电路中栅极的影响，从而使用成本度量来估计影响，从而确定 SWAP 实施的合适选项。此外，这里还探讨了两种排序方案的联合使用。为了确定我们设计算法的正确性，我们在广泛的基准测试中对它们进行了测试，并将获得的结果与一些最先进的设计方法进行了比较。从这个比较中，我们见证了我们的设计方案中的 SWAP 成本与报告的工程结果相比显着降低。开发了一种基于前瞻策略的局部重排序技术。这种前瞻策略考虑了对电路中栅极的影响，从而使用成本度量来估计影响，从而确定 SWAP 实施的合适选项。此外，这里还探讨了两种排序方案的联合使用。为了确定我们设计算法的正确性，我们在广泛的基准测试中对它们进行了测试，并将获得的结果与一些最先进的设计方法进行了比较。从这个比较中，我们见证了我们的设计方案中的 SWAP 成本与报告的工程结果相比显着降低。开发了一种基于前瞻策略的局部重排序技术。这种前瞻策略考虑了对电路中栅极的影响，从而使用成本度量来估计影响，从而确定 SWAP 实施的合适选项。此外，这里还探讨了两种排序方案的联合使用。为了确定我们设计算法的正确性，我们在广泛的基准测试中对它们进行了测试，并将获得的结果与一些最先进的设计方法进行了比较。从这个比较中，我们见证了我们的设计方案中的 SWAP 成本与报告的工程结果相比显着降低。这种前瞻策略考虑了对电路中栅极的影响，从而使用成本度量来估计影响，从而确定 SWAP 实施的合适选项。此外，这里还探讨了两种排序方案的联合使用。为了确定我们设计算法的正确性，我们在广泛的基准测试中对它们进行了测试，并将获得的结果与一些最先进的设计方法进行了比较。从这个比较中，我们见证了我们的设计方案中的 SWAP 成本与报告的工程结果相比显着降低。这种前瞻策略考虑了对电路中栅极的影响，从而使用成本度量来估计影响，从而确定 SWAP 实施的合适选项。此外，这里还探讨了两种排序方案的联合使用。为了确定我们设计算法的正确性，我们在广泛的基准测试中对它们进行了测试，并将获得的结果与一些最先进的设计方法进行了比较。从这个比较中，我们见证了我们的设计方案中的 SWAP 成本与报告的工程结果相比显着降低。我们已经在广泛的基准测试中对它们进行了测试，并将获得的结果与一些最先进的设计方法进行了比较。从这个比较中，我们见证了我们的设计方案中的 SWAP 成本与报告的工程结果相比显着降低。我们已经在广泛的基准测试中对它们进行了测试，并将获得的结果与一些最先进的设计方法进行了比较。从这个比较中，我们见证了我们的设计方案中的 SWAP 成本与报告的工程结果相比显着降低。