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Improving the Designs of Nearest Neighbour Quantum Circuits for 1D and 2D Architectures
IETE Journal of Research ( IF 1.3 ) Pub Date : 2020-09-27 , DOI: 10.1080/03772063.2020.1822215
Chandan Bandyopadhyay 1 , Anirban Bhattacharjee 2 , Robert Wille 3 , Rolf Drechsler 1 , Hafizur Rahaman 2
Affiliation  

In recent years, the semiconductor industry is increasingly considering alternative computation schemes and in this conjuncture quantum computing has come up as a promising alternative due its ability to perform parallel computations (by exploiting superposition) and capacity to solve some of the intractable problems exponentially faster. But one of the criteria in the realization of quantum circuits is that corresponding descriptions demand a so-called nearest neighbour (NN) constraint to be satisfied. One of the possible solutions towards satisfying such constraints is through the insertion of SWAP gates that makes the qubit interactions within a gate adjacent. But since the incorporation of SWAP gates increases the cost of the circuits, strategies should be employed which satisfy the NN constraint while placing SWAP gates so that the cost are reduced. In this work, we propose improved design strategies to realize low-cost NN-compliant quantum circuits. Two approaches are introduced, where the first approach relies on a graph traversal process and uses heuristics in critical decision-making conditions to design a 1D NN-compliant representation. The second approach considers qubit-to-qubit interactions and realizes the circuits in a 2D platform based on some weighted metric. Both the designs are evaluated over a wide spectrum of benchmarks and results have been compared with related works. In those comparisons, we have seen that our approaches perform fairly better than the reported ones.



中文翻译:

改进一维和二维架构的最近邻量子电路设计

近年来,半导体行业越来越多地考虑替代计算方案,在这种情况下,量子计算已成为一种有前途的替代方案,因为它能够执行并行计算(通过利用叠加)并且能够以指数级速度更快地解决一些棘手的问题。但实现量子电路的标准之一是相应的描述需要满足所谓的最近邻 (NN) 约束。满足此类约束的一种可能解决方案是通过插入 SWAP 门,使门内的量子位相互作用相邻。但是由于SWAP门的结合增加了电路的成本,应采用满足 NN 约束的策略,同时放置 SWAP 门,以便降低成本。在这项工作中,我们提出了改进的设计策略来实现低成本的 NN 兼容量子电路。介绍了两种方法,其中第一种方法依赖于图形遍历过程,并在关键决策制定条件下使用启发式方法来设计一维神经网络兼容表示。第二种方法考虑了量子位到量子位的相互作用,并基于某些加权度量在二维平台中实现电路。这两种设计都在广泛的基准上进行了评估,并将结果与​​相关工作进行了比较。在这些比较中,我们已经看到我们的方法比报告的方法表现得更好。我们提出了改进的设计策略来实现低成本的 NN 兼容量子电路。介绍了两种方法,其中第一种方法依赖于图形遍历过程,并在关键决策制定条件下使用启发式方法来设计一维神经网络兼容表示。第二种方法考虑了量子位到量子位的相互作用,并基于某些加权度量在二维平台中实现电路。这两种设计都在广泛的基准上进行了评估,并将结果与​​相关工作进行了比较。在这些比较中,我们已经看到我们的方法比报告的方法表现得更好。我们提出了改进的设计策略来实现低成本的 NN 兼容量子电路。介绍了两种方法,其中第一种方法依赖于图形遍历过程,并在关键决策制定条件下使用启发式方法来设计一维神经网络兼容表示。第二种方法考虑了量子位到量子位的相互作用,并基于某些加权度量在二维平台中实现电路。这两种设计都在广泛的基准上进行了评估,并将结果与​​相关工作进行了比较。在这些比较中,我们已经看到我们的方法比报告的方法表现得更好。第二种方法考虑了量子位到量子位的相互作用,并基于某些加权度量在二维平台中实现电路。这两种设计都在广泛的基准上进行了评估,并将结果与​​相关工作进行了比较。在这些比较中,我们已经看到我们的方法比报告的方法表现得更好。第二种方法考虑了量子位到量子位的相互作用,并基于某些加权度量在二维平台中实现电路。这两种设计都在广泛的基准上进行了评估,并将结果与​​相关工作进行了比较。在这些比较中,我们已经看到我们的方法比报告的方法表现得更好。

更新日期:2020-09-27
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