Potatura dei circuiti quantistici: dalle architetture NISQ alle operazioni fault-tolerant

Abstract degli autori

Presentiamo una strategia di pruning dei circuiti quantistici consapevole del routing, che rimuove selettivamente gate parametrici a due qubit il cui contributo computazionale è inferiore al costo in termini di fedeltà della loro esecuzione, e la valutiamo sia su architetture Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) sia su architetture di computazione quantistica fault-tolerant (FTQC). Per ogni gate a due qubit di un circuito confrontiamo un limite inferiore, indipendente dall’architettura, al costo in termini di fedeltà derivante dall’omissione del gate con un modello specifico per l’hardware del costo di esecuzione del routing in ciascun contesto. Forniamo inoltre una caratterizzazione analitica del confine del pruning in funzione dell’angolo di rotazione, della distanza tra i qubit e del rumore dell’hardware. Le simulazioni su circuiti benchmark mostrano riduzioni del numero di gate fino al 48,6% e miglioramenti della fedeltà fino al 47,7% nel regime NISQ, mentre un’analisi di fattibilità sull’hardware FT indica che il pruning dovrebbe restare rilevante per un’ampia gamma di distanze del codice e tassi di errore fisico. Questi risultati dimostrano che il pruning consapevole del routing è una strategia di compilazione pratica e unificata per l’intero stack della computazione quantistica.