Towards a formal compilation stack-frame in quantum computing - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Access content directly
Theses Year : 2023

Towards a formal compilation stack-frame in quantum computing

Vers une formalisation d'une chaîne de compilation pour un ordinateur quantique

Agustín Borgna

Abstract

The advent of quantum computers capable of solving problems that are untractable on classical computers has motivated the development of new programming languages and tools for quantum computing. However, the current state of the art in quantum programming is still in its infancy. In this thesis, we present a series of novel approaches to different aspects of the quantum compilation process based on the ZX calculus. First, we introduce a new intermediate representation for quantum programs capable of encoding bounded recursion and repeated circuit structures in a compact way, based on families of the Scalable extension to the ZX calculus. We then present a compilation algorithm for hybrid circuits containing both quantum and classical gates, based on the pure circuit optimization by Duncan et al. Finally, we define the problem of detecting sections of a quantum circuit that can translated to classical logic, and introduce an heuristic algorithm to solve it.
L'avènement des ordinateurs quantiques capables de résoudre des problèmes irréalisables sur des ordinateurs classiques a motivé le développement de nouveaux langages et outils de programmation pour l'informatique quantique. Cependant, l'état de l'art actuel en matière de programmation quantique n'en est qu'à ses débuts. Dans cette thèse, nous présentons une série d'approches novatrices de différents aspects du processus de compilation quantique basé sur le calcul ZX. Tout d'abord, nous introduisons une nouvelle représentation intermédiaire pour les programmes quantiques capable d'encoder la récursion bornée et les structures de circuits répétés de manière compacte, basée sur les familles de l'extension Scalable du calcul ZX. Nous présentons ensuite un algorithme de compilation pour les circuits hybrides contenant à la fois des portes quantiques et classiques, basé sur l'optimisation de circuits purs de Duncan et al. Enfin, nous définissons le problème de la détection des sections de circuits quantiques qui peuvent être traduites en logique classique, et nous introduisons un algorithme heuristique pour le résoudre.
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Origin : Files produced by the author(s)

Dates and versions

tel-04102354 , version 1 (22-05-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04102354 , version 1

Cite

Agustín Borgna. Towards a formal compilation stack-frame in quantum computing. Computer Science [cs]. Université de Lorraine, 2023. English. ⟨NNT : 2023LORR0016⟩. ⟨tel-04102354⟩
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