연산자 역전파
이 패키지는 기댓값 계산에서 회로의 깊이를 줄이기 위한 연산자 역전파(OBP)를 구현합니다. 이 기법은 관측량을 양자 회로 끝부분의 게이트를 거슬러 전파하며, 그 결과 관측량 측정 기저의 수가 늘어나는 대신 더 얕은 회로를 얻습니다. 연산자를 회로 속으로 더 멀리 역전파할수록 관측량의 크기가 지수적으로 커져 고전 및 양자 자원 오버헤드가 모두 발생합니다. 그러나 일부 회로에서는 결과로 나오는 Pauli 관측량의 분포가 최악의 경우의 지수적 증가보다 더 집중되어 있어, 계수가 작은 해밀토니안의 일부 항을 절단하여 양자 오버헤드를 줄일 수 있습니다. 이렇게 할 때 발생하는 오차는 정밀도와 효율 사이의 적절한 균형을 찾도록 제어할 수 있습니다.
연산자 역전파를 수행하는 방법은 여러 가지가 있으며, 이 패키지는 Clifford 섭동 이론에 기반한 방법을 사용합니다. 이 방법은 다양한 게이트를 역전파할 때 발생하는 오버헤드가 해당 게이트의 비Clifford성(non-Cliffordness)에 의해 결정된다는 장점이 있습니다. 그 덕분에 일부 회로군에서는 텐서 네트워크 기반 OBP 방법보다 효율이 높아집니다. 텐서 네트워크 기반 방법은 양자 오버헤드가 크지 않은 경우에도 현재 고전 오버헤드가 높습니다.
이 패키지는 일반적인 양자 회로와 Pauli 관측량의 기댓값을 추정하는 데 적합합니다. 다만 높은 매직(매우 비Clifford) 회로의 경우, 관측량이 회로의 의미 있는 부분을 지나 전파되기 전에 절단으로 인한 관측량 오차가 허용할 수 없을 만큼 커질 가능성이 높습니다. Clifford에 가까운 회로에서는 비교적 작은 오차 한계를 유지하면서 회로의 훨씬 더 많은 부분을 거쳐 전파할 수 있습니다.
시작하기
이 패키지를 빠르게 시작하는 데 도움이 되는 간단한 안내는 빠른 시작 가이드에 있습니다.
활용 사례
이 기법은 2D 스핀 모델의 시간 발전을 위한 더 낮은 깊이의 Trotter 회로를 구현하는 데 사용되었습니다 [1].
기술 설명
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단일 진입점:
backpropagate함수가 OBP를 수행합니다. -
깊이 ↔ 정확도 트레이드오프에 대한 두 가지 독립적인 제어:
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OperatorBudget은 역전파 중에 관측량이 얼마나 커질 수 있는지를 제한합니다. -
TruncationErrorBudget은 역전파 중에 얼마나 많은 오차가 발생할 수 있는지를 제한합니다.
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효과는 회로가 얼마나 Clifford에 가까운지에 달려 있습니다: 높은 매직 회로(즉, 매우 비Clifford인 회로)에서는 관측량에 추가되는 항의 계수가 더 큰 경향이 있어 절단 오차가 더 일찍 발생하고, 고정된 오차 예산에서 깊이 절감 효과가 제한됩니다. Clifford에 가까운 회로는 같은 예산으로 더 공격적으로 절단하고 더 깊이 역전파할 수 있습니다.
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완전한 내부 확인 가능성: 실행할 때마다 슬라이스별 Pauli 개수, QWC 그룹 개수, 누적 절단 오차를 기록한
OBPMetadata객체를 반환하며,plot_*헬퍼로 회로 깊이에 따른 연산자 증가와 오차를 시각화할 수 있습니다. QPU 시간을 사용하기 전에 예산을 조정하는 데 유용합니다.
기여하기
개발자 가이드는 이 프로젝트 저장소의 루트에 있는 CONTRIBUTING.md에 있습니다. 참여하시는 분은 Qiskit의 행동 강령을 지켜 주셔야 합니다.
요청 사항과 버그를 추적하기 위해 GitHub 이슈를 사용합니다.
이 패키지 인용하기
연구에 이 패키지를 사용한다면, 이 프로젝트 저장소의 CITATION.bib 파일을 사용하여 적절한 참고 문헌을 인용해 주세요.
라이선스
지원 중단 정책
이 패키지는 유의적 버전 관리를 따릅니다. 사용자 경험을 개선하기 위해 가끔 호환되지 않는 변경을 할 수 있습니다. 가능하면 새 인터페이스와 공존할 수 있는 한 기존 인터페이스를 유지하고 지원 중단(deprecated)으로 표시합니다. 모든 주요 개선, 호환되지 않는 변경, 지원 중단은 릴리스 노트에 문서화됩니다.
참고 문헌
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- Fuller et al., “Improved quantum computation using operator backpropagation,” npj Quantum Inf. 12, 51 (2026). [arXiv]