Эксперимент IBM Heron выявил преимущества более длинной схемы для точного исполнения Toffoli-гейта

Исследование, проведённое на квантовых процессорах IBM Heron с 156 кубитами, показало, что схема с большим числом двухкубитных вентилей может превосходить более короткие реализации по точности исполнения. В частности, на линейных тройках кубитов двух устройств — ibm_fez и ibm_kingston — схема с восемью нативными CZ-вентилями оказалась эффективнее, чем короткая схема, которая после компиляции выросла до 12 CZ-вентилей.

Речь идёт о реализации точного Toffoli-гейта (CCX), который обычно разбивается на шесть CX-гейтов при неограниченной связности кубитов. Однако на трёхкубитной линейной топологии традиционная схема содержит четыре ближайших и два дальних CX-гейта, тогда как альтернативная схема использует восемь только ближайших CX-гейтов. Поскольку CCX локально эквивалентен CCZ, эксперимент проводился с соответствующими схемами CCZ.

По результатам измерений на выборках линейных троек кубитов, схема с восемью CZ-вентилями демонстрировала более высокую точность почти во всех случаях на обоих процессорах. Для дополнительной проверки была подготовлена трёхкубитная гиперграфовая квантовая состояние, чувствительная к фазовым сдвигам, где также наблюдалась меньшая инфиделити у схемы с большим числом вентилей.

Методика фазово-модифицированного интерливированного рандомизированного бенчмаркинга подкрепила выводы, показывая, что аппаратная топология и локальная связность кубитов могут менять приоритеты в выборе оптимальной схемы. Таким образом, более длинная по числу вентилей схема, но с учётом физической связности, может обеспечить лучшую реализацию точного Toffoli-гейта на реальном квантовом оборудовании.

По данным arXiv.