《Journal of Computational Science》：Dead gate elimination in hybrid quantum-classical programs
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本文提出了一种针对混合量子-经典程序的创新性电路优化技术，通过分析经典宿主程序（host program）中测量结果的语义活性，识别并消除对后续计算无贡献的量子门（dead gates）。该方法在保持混合程序语义等价的前提下，可显著简化变分量子本征求解器（VQE）、量子相位估计（QPE）等量子算法的电路结构，为量子计算资源优化提供了新思路。
章节精选
死门驱动的电路简化
本研究将讨论范围限定为不包含中间电路测量或重置操作的量子电路，这与当前近量子算法采用的标准执行模型相符。我们首先引入后续讨论所需的核心概念。
对于量子电路C，我们假设通过测量所有量子位获得的输出结果中，存在一个特定子集...
宿主端分析
在第三章中，我们默认已知死量子位的集合信息。然而在实际应用中，这些信息需要从消耗测量结果的经典宿主程序中反推得出。从宿主程序的角度来看，这相当于进行语义活性分析：对于每个存储测量结果的变量，我们需要判断其值是否会影响混合程序的可观测行为。对于支持图灵完备的通用宿主语言而言...
性能评估
我们在多个代表性混合工作负载上验证了本方法的有效性。首先，我们基于变分量子本征求解器（VQE）、量子相位估计（QPE）、量子近似优化算法（QAOA）和Trotter化哈密顿量模拟的算法案例进行研究，其中死量子位的产生与经典宿主程序使用测量结果的方式密切相关。随后，我们研究了一个特殊案例：当量子模块的所有测量结果均为死结果时，整个模块可被完全移除。最后，我们通过嵌入随机生成电路的混合程序，评估了方法的鲁棒性和可扩展性。
系统集成
我们的死门消除技术纯粹作用于逻辑电路层面，并利用经典宿主提供的关于测量结果贡献度的信息。该方法刻意保持硬件无关性：算法不考虑设备特定约束（如耦合映射、原生门集、脉冲调度或纠错码结构）。因此，该优化过程最适合放置在编译流程中硬件感知阶段（如布局、路由、调度和...
结论
本研究通过利用经典宿主程序的上下文信息，为混合程序中的量子电路优化提供了一种实用方法。基于对语义无贡献测量结果的识别，我们形式化定义了死量子位和死门的概念，并开发了能保持混合程序行为的多项式时间死门消除算法。通过构建小型混合程序对希尔伯特第十问题进行编码，我们还揭示了宿主端推理的理论局限性。
