量子电路的最优布局综合作为经典规划

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Optimal Layout Synthesis for Quantum Circuits as Classical Planning

解决问题：本论文旨在解决量子电路中的最优布局综合问题，即将逻辑量子位映射到物理量子位，同时考虑物理量子位之间的连接关系，并在远距离量子位之间插入SWAP门以降低量子电路的误差率。

关键思路：论文提出了两种将最优布局综合转化为经典规划问题的编码方法，并使用优化的经典规划器综合出一组标准测试电路的最优布局。相比之前的方法，该方法具有更好的可扩展性，可以将7个量子位的电路映射到16个量子位的平台上，这是之前的精确方法所不能处理的。

其他亮点：本论文的实验结果表明，该方法比之前的领先方法具有更好的可扩展性和效率。此外，该论文还提供了数据集和开源代码，便于其他研究人员参考和使用。值得进一步深入研究的是如何将该方法应用到更大规模的量子电路中。

关于作者：本论文的主要作者是Irfansha Shaik和Jaco van de Pol。他们分别来自荷兰莱顿大学和英国纽卡斯尔大学。Irfansha Shaik曾发表过多篇关于量子计算的论文，包括“Quantum Circuit Optimization using Symbolic Reachability Analysis”和“Simplifying Quantum Circuits using Symbolic Reachability Analysis”。Jaco van de Pol曾在模型检测、程序分析等领域做出了许多贡献，发表了多篇相关论文。

相关研究：与本论文相关的其他研究包括“SWAP Synthesis for IBM’s Quantum Computers”（作者：J. Soeken，M. Roetteler，N. Wiebe，K. Meuli等，机构：IBM Research）和“Efficient Mapping of Quantum Circuits to IBM QX Architectures”（作者：A. Shafaei，M. Saeedi，M. Sedighi，机构：伊朗阿扎德大学）。

论文摘要：本文讨论了量子电路的最优布局综合问题，即将量子电路的逻辑量子位映射到给定的量子硬件平台的物理量子位上，考虑物理量子位之间的连接性，并在应用操作于远距离量子位之前插入SWAP门。最优布局综合对于在当前容易出错的硬件上进行实用的量子计算至关重要：最小化SWAP门的数量直接降低了运行量子电路时的误差率。近年来，已经提出了几种方法来最小化所需的SWAP插入次数。提出的精确方法只能扩展到少量量子位。证明一定数量的SWAP插入是最优的比产生接近最优的映射要困难得多。
本文提供了两种编码方法，将最优布局综合问题作为一个经典的规划问题来解决。我们使用最优的经典规划器来为一组标准基准测试生成最优布局。我们的结果显示，与之前的主要方法相比，我们的方法具有可扩展性。我们可以将7个量子位的电路最优地映射到一个16个量子位的平台上，这是以前的精确方法无法处理的。

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