コンポジションベースの量子回路設計のためのモデル駆動フレームワーク

量子プログラミング言語は量子アプリケーションの設計をサポートします。しかし、そのようなプログラムを作成するには、量子コンピューティングと量子情報理論の基本的な特性を理解する必要があります。さらに、量子アルゴリズムは抽象的な操作をよく使用し、それには隠れた低レベルの実現（例えば、量子フーリエ変換）が存在します。したがって、小さな量子操作から量子回路設計の高レベルの視点に移行することは、開発の労力を減らすだけでなく、量子コンピューティングの専門家でない人々の参入障壁を下げることにもつながります。この目的のために、本記事では量子回路のためのモデリング言語と設計フレームワークを提案します。これにより、複合演算子の定義が可能になり、高レベルの量子アルゴリズム設計を推進し、回路実行のための自動コード生成を実現します。提案されたアプローチ（コンポジションベースの量子回路設計者と名付けられました）の利点を示すために、量子カウントアルゴリズムと量子近似最適化アルゴリズムの実現にこれを適用しました。我々の評価結果は、既存の最先端エディタと比較して、提案されたアプローチが両方の量子アルゴリズムを高レベルで実現し、開発労力を大幅に削減できることを示しています。特に、提案されたアプローチは、調査された量子回路のサイズを増加させるときに一定のスケーリングを示し、既存の量子回路を進化させるときに変更の重要性が低くなることを示しています。