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电路深度准确用于比较量子电路运行时间吗？

MatthewTremba,PaulHovland,andJiLiu

MathematicsandComputerScienceDivision

ArgonneNationalLaboratory

Lemont,USA

{mtremba,hovland,ji.liu}@

摘要—尽管量子电路深度通常用于近似电路运行时间，但

它忽略了当前硬件实现的一个普遍特性：不同的门具有不同的执

行时间。认识到可能存在的差异，我们调查了深度在比较同一电

路的不同编译版本的运行时间方面的准确性。特别是，我们评估

本传统和多量子比特深度在（1）预测运行时间相对差异以及（2）

识别具有最短运行时间的编译电路版本方面的准确性。发现电路

译深度不适用于上述任何任务后，我们引入了一个新指标——门感

中知深度，它使用架构的平均门执行时间来衡量门对运行时间的影图1.门感知深度，我们提出的新的度量标准，填补了运行时估计方法的空

2响。使用平均门时间使门感知深度能够捕捉到不同类型门的变白，其准确性超过了电路深度，并且比电路调度更具可移植性。

v化，而无需精确知道所有门的时间，从而在保持同一架构下设备

8

间可移植性的同时提高准确性。与传统和多量子比特深度相比，

0骤[8]。虽然步骤的数量给出了电路运行时间的松散代

9门感知深度将任务（1）预测的平均相对误差分别降低了68倍

6和18倍，并且增加了任务（2）中正确识别数量的平均百分比点理，但由于门执行时间的不同，它们的相关性可能不精

1.数分别为20和43个百分点。最后，我们提供了针对当前IBM确[9]–[12]。对于不同大小的电路，这种效果可能是微

5

0Eagle和Heron架构的门感知深度权重配置。不足道的，但对于相似大小的电路——特别是同一电路

5IndexTerms—量子编译，电路深度，运行时间的不同编译版本——可能会导致运行时间比较不准确。

2

:因此，电路调度和电路深度位于准确性-可移植性的两

v

iI.介绍端（见图I）。一方面，电路调度提供了完全精确的运

x

r行时间比较，但依赖于可能在不同设备之间差异显著的

a尽管量子算法已经显示出超越其经典对应算法

硬件参数。另一方面，电路深度完全独立于目标设备，

的潜力，但它们仍然面临着来自硬件噪声的重要挑

但可能会提供不准确的运行时间比较。这提出了两个

战[1]–[4]。在当前设备中，大部分噪声源自门错误或

问题：

退相干，在此过程中物理量子比特会随时间“漂移”到

更难以预测的状态[5]。因此，计算的保真度主要取决1)电路深度是否准确用于比较运行时间，特别是在

于给定电路的门数量和运行时间。准确获取这些特征值同一电路的不同编译版本之间？

对于评估电路的保真度以及通过优化它们的量子编译2)如果不是这样的话，是否存在一种中间度量标准

算法性能至关重要。可以在保持便携性的同时提供更高的准确性？

存在两种主要方法来测量和比较电路运行时间。第本文通过首先提出一个新的度量标准，门感知深

一种，电路调