Algorithmic Theory of Qubit Routing in the Linear Nearest Neighbor Architectures

k-最近邻算法 计算机科学 量子位元 理论计算机科学 算法 人工智能 量子 物理 量子力学
作者
Takehiro Ito,Naonori Kakimura,Naoyuki Kamiyama,Yusuke Kobayashi,Yoshio Okamoto
出处
期刊:ACM transactions on quantum computing [Association for Computing Machinery]
标识
DOI:10.1145/3722119
摘要

The qubit routing problem, also known as the swap minimization problem, is a (classical) combinatorial optimization problem that arises in the design of compilers of quantum programs. We study the qubit routing problem from the viewpoint of theoretical computer science, while most of the existing studies investigated the practical aspects. We concentrate on the linear nearest neighbor (LNN) architectures of quantum computers, in which the graph topology is a path. Our results are three-fold. (1) We prove that the qubit routing problem is NP-hard. (2) We show that the qubit routing problem on a path can be solved in a fixed-parameter time where the number of two-qubit gates is a parameter. (3) We show that the qubit routing problem on a path can be solved in polynomial time if each qubit is involved in at most one two-qubit gate.

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