46. ترنسپایل کوانتومی
46.1توپولوژی سخت‌افزار
مدل ترنسپایلر از ماشین: اشیای Target که نقشهٔ اتصال، مجموعه‌دروازهٔ بومی با ورودی‌های (دروازه، کیوبیت‌ها) → (خطا، مدت)، قیدهای زمان‌بندی و ویژگی‌های اندازه‌گیری را کد می‌کنند. شهود توپولوژی-آوار بسازید: هوی-هکس n=7,127 را رسم کنید، لبهٔ درجه-۲ را پیدا کنید، چک کنید کدام جفت‌های کیوبیت کوپلر با فیدیلیتی ECR خوب مشترک‌اند. توپولوژی هر چیز پایین‌دستی را تعیین می‌کند: مدار «کم‌عمق» فقط نسبت به توپولوژی کم‌عمق است. پویایی را هم مدل کنید: توپولوژی‌ها میان سازندگان فرق دارند (شبکه در برابر همه-به-همه در برابر اتم بازپیکربندی‌پذیر) و فصل سکوهای بخش یازدهم توضیح می‌دهد چرا — ترنسپایلر فقط گراف را می‌بیند، اما انتخاب اینکه کدام گراف را بخرید تصمیم راهبردی با آن است.
46.2درج SWAP
ابزار کار مسیریابی، صادقانه پیاده‌شده: با گراف اتصال G و دروازهٔ دوقیوبیتی روی غیرمجاور (a,b): کوتاه‌ترین مسیرها را حساب کنید، توالی سواپی کمینه‌کننده (سواپ‌های تاکنون + فاصلهٔ پیش‌نگر) برگزینید، سواپ‌ها را به چیدمان جاری اعمال کنید، دروازه را تولید کنید و نقشهٔ چیدمان را به‌روز کنید. مراقب باگ‌های کلاسیک: فراموش‌کردن جایگشت اندازه‌گیری‌ها همراه چیدمان (هیستوگرام‌تان جایگشت می‌شود — همیشه با مدار حساس-به-بیت-خروجی تست کنید)، سواپ-دوباره (SWAP = 3 CX؛ سواپ‌های مجاور حذف می‌شوند — گذر peephole می‌گیردش) و اصلاح جهت (برخی کوپلرها جهت‌دارند؛ CX(a,b) شاید مزدوج‌هادامارد به CX(b,a) لازم داشته باشد — ۱H هر طرف، مجانی و راحت جاافتادنی). SABRE را مقابل کوتاه‌ترین-مسیر ساده محک کنید: شکاف همان چیزی است که Qiskit اولی را همراه کرده.
46.3عمق مدار
عمق به‌عنوان مشاهده‌پذیر ترنسپایلر: قبل/بعد هر گذر اندازه بگیرید؛ رگرسیون‌ها گذر خراب را فوری محدود می‌کنند. گذرهای کاهندهٔ عمق شایستهٔ حفظ‌کردن نام: موازی‌سازی دروازه روی لایه‌ها (مدل depth() لایه‌ای)، ادغام اصلاح-جهت با جابه‌جایی، بازساخت تک‌کیوبیتی پس از مسیریابی (مدارهای مسیریابی‌شده روی هر کیوبیت رشته‌های چرخش انباشته می‌کنند — هر رشته را به یک سه‌تایی اویلر بازساخت کنید) و بازچینی تحول-پائولی برای مدارهای شیمی-گونه (بلوک‌های پائولی-جابه‌جا در هر ترتیب درون-بلوکی اجرا می‌شوند — حریصانه بر حسب توپولوژی زمان‌بندی کنید). عمق و عمق دوقیوبیتی را جدا گزارش کنید: روی سخت‌افزار فقط دومی خطای واقعی می‌خرد.
46.4حذف دروازه
امن‌ترین طبقهٔ بهینه‌سازی: حذف جفت‌های وارون مجاور، معتبر به‌حکم بازبینی. پیاده‌سازی روی DAG: اسن برای op; op⁻¹ روی همان کیوبیت‌ها (X، H، S†·S، CX(a,b)·CX(a,b))، حذف، تکرار تا نقطه-ثابت. توانایی از گذرهای پیش‌جابه‌جایی می‌آید: X با کنترل‌های CX و چرخش‌های Z جابه‌جا می‌شود — از میانش بدهید، دوقلویش را ببینید، هر دو را حذف کنید. الگوهای خودوارون پس از هر گذر مسیریابی بازتولید می‌شوند (SWAP·SWAP = I، جفت‌های CX از اصلاح جهت)، پس حذف را بعد از مسیریابی اجرا کنید، نه فقط قبل — مدیران گذر از پیش‌تنظیم همین ترتیب را کد کرده‌اند و حالا می‌دانید چرا. هر قاعده آزمون دو-مداری می‌گیرد: ورودی، خروجی موردانتظار، ادعای هم‌ارزی Operator. خسته‌کننده، معتبر و ارزش ۱۵–۳۰٪ مدارهای واقعی.
46.5جابه‌جایی
موتور جبری زیر بهینه‌سازی. دو دروازه جابه‌جا هستند اگر ماتریس‌هایشان جابه‌جا باشند — آن‌گاه ترتیب‌شان آزاد است و حذف، زمان‌بندی موازی و آزادی مسیریابی ممکن می‌شود. عملی: دروازه‌های واژه-پائولی (چرخش‌های Z، CX، CZ) قواعد جابه‌جایی تمیزی دارند که در O(1) از برچسب‌های پائولی‌شان محاسبه می‌شود (پادجابه‌جایی روی تعداد فرد مواضع هم‌پوش غیر-I ⇒ جابه‌جایی روی زوج)؛ دروازه‌های عام در عرض کوچک به چک ماتریسی برمی‌گردند. سقف بهره، کامپایل شبکه-پائولی برای شیمی کوانتومی: ترتیب بلوک‌های جابه‌جا + قطری‌سازی، مدارهای شیمی ساده‌لوح را به بومی-توپولوژی تبدیل می‌کند، اغلب ۵–۱۰ برابر کاهش شمار دوقیوبیتی (نتیجهٔ دههٔ ۲۰۲۰ که لپ‌تاپ شما روی آنساتزهای کوچک بازتولیدش می‌کند). جابه‌جایی، تفاوت کامپایلر تطبیق-الگو و کامپایلر آگاه-جبر است.
46.6بهینه‌سازی Peephole
قواعد بازنویسی موضعی، به سبک کلاسیک-کامپایلری: الگوی زیرمدار کوچک را تطبیق بده، با هم‌ارز ارزان‌تر جایگزین کن. پیچش کوانتومی: چک هم‌ارزی مجانی است (برابری ماتریسی در عرض ≤3)، پس موتور peephole می‌تواند قواعد خودش را در زمان بارگذاری راستی‌آزمایی کند — جدول قواعد را بسازید، هم‌ارزی Operator هر بازنویسی را در CI ادعا کنید و طبقهٔ باگ قاعده-نامعتبر محو می‌شود. منابع قاعده: دست‌نویس (حذف‌های 46.4)، شمارش‌شده (جست‌وجوی همهٔ مدارهای k-دروازه‌ای روی ≤۲ کیوبیت برای هم‌ارزی — پروژهٔ یک بعدازظهر که قواعد واقعی می‌یابد) یا استخراج از ترکیب (جدول‌های بلوک-بهینهٔ 46.7). گاردریل‌ها: peepholeها باید سدها و مرزهای اندازه‌گیری را رعایت کنند و فقط درون همان مجموعهٔ کیوبیتی بازنویسی کنند.
46.7ترکیب
ساخت از پایین: بلوک‌های کوچک بهینه را یک‌بار بسازید، همه‌جا به‌کار ببرید. رشته‌های بهینهٔ 1q: هر رشتهٔ تک‌کیوبیتی به ≤۳ چرخش بازساخت می‌شود (اویلر)؛ بلوک‌های بهینهٔ 2q: پیاده‌سازی‌های کمینه-CX به‌ازای هر یونیتی هدف (KAK کران پایین می‌دهد؛ جدول‌های جست‌وجو سریعش می‌کنند)؛ ترکیب تافولی: ۶ CX (۳ با ancilla تمیز، اگر مجانی باشد — بده‌بستان همیشگی)؛ آماده‌سازی حالت: O(2ⁿ) در حالت عام اما چندجمله‌ای برای حالت‌های اسپارس/دامنه-حقیقی (مرتبط به حالت‌های اولیهٔ شیمی). جدول‌های ترکیب نقش اوراکل peephole هم دارند: هر زیرمدار منطبق با کلید جدول، بازنویسی بهینه می‌گیرد — مسیری که «بهینه» در کامپایلر رشد می‌کند. و دقیقاً همین‌گونه است که عصر تحمل‌خطا کامپایل می‌کند (زمان‌بندی جراحی شبکه = ترکیب در لایهٔ منطقی).
46.8محک‌زنی ترنسپایلرها
ادعاها را ابطال‌پذیر کنید. پروتکل: پیکرهٔ مدار ثابت (BenchPress/QASMBench عمومی‌اند)، هدف‌های سخت‌افزاری ثابت (اسنپ‌شات‌های واقعی — تاریخ کالیبراسیون سنجاق)، پشتهٔ متریک ثابت (شمار دوقیوبیتی، عمق، خطای برآوردی Σ، و نرخ موفقیت نمونه‌گیری‌شده روی شبیه‌سازی نویزی برای n ≤ 20)، هر پیکربندی کامپایلر روی ≥۲۰ بذر، گزارش میانه و بازهٔ میان‌چارکی — مسیریابی و چیدمان الگوریتم‌های تصادفی‌اند و مقایسه‌های تک‌اجرایی نویزند. سپس اعدام‌آزمون: مسیریابی شما در برابر قیسیت، peepholeهایتان روشن/خاموش، سطح ۳ در برابر خط‌لولهٔ شما. کشف هر مهندس کامپایلر را خواهید کرد: پیش‌تنظیم‌های پیش‌فرض قوی‌اند و بردهای شما موقعیتی خواهند بود — معمولاً توپولوژی- یا کاربار-ویژه. اشکال ندارد: بردهای موقعیتی دقیقاً همان چیزی است که کامپایل production می‌خواهد.