동등한 양자 회로가 합성 선택성을 잃을 때

양자 컴파일러는 양자 푸리에 변환(quantum Fourier transform)이나 다중 제어 X 게이트(multi-controlled X gates)와 같은 고수준 연산을 게이트 레벨 회로로 합성합니다. 컴파일 과정 전반에 걸쳐, 하나의 회로는 직렬화되거나 OpenQASM으로 교환되고, 컴파일러 간에 변환되거나 게이트로 낮춰질 수 있습니다. 이러한 표현 변화는 고수준 연산 자체를 제거하면서도 계산을 보존할 수 있으며, 이로 인해 수신하는 컴파일러가 요청된 합성 방법을 적용하지 못하게 됩니다. 우리는 이를 '합성 가용성 손실(loss synthesis availability)'이라고 부릅니다. 우리는 Qiskit, TKET, Cirq에서 통제된 실험, 저장소 분석, 프로젝트 테스트에서 캡처된 회로, 그리고 Munich Quantum Toolkit 파이프라인을 통해 합성 가용성을 연구했습니다. 합성 가용성은 역직렬화(deserialization)가 고수준 연산을 복원할 때 직렬화를 견디며, 수신 컴파일러가 해당 연산을 지원할 때만 컴파일러 변환을 견딥니다. 이는 평가된 OpenQASM 경로에서는 유지되지 않습니다. 직접적인 OpenQASM 3 왕복(round trip) 후에는 컴파일이 성공함에도 불구하고 모든 360개 전달 조건에서 요청된 합성이 아무런 영향을 미치지 않았습니다. MQT 파이프라인에서는 OpenQASM 2 교환이 8-큐비트 Grover 회로의 2-큐비트 게이트 수를 37.2% 증가시켰습니다. 또한, 우리는 'Verified'를 도입했는데, 이는 표현 변화 전에 고수준 연산을 기록하고, 체크가 해당 기록이 여전히 전달된 회로와 일치함을 확인했을 때만 이를 재구성합니다. Verified는 830번의 복구 실행에서 요청된 합성을 모두 복원했으며, 작업군당 중앙값 검증 시간은 2.0ms에서 638ms 사이였습니다. 이 체크는 모든 오래된(stale) 기록을 거부하지만 일부 유효한 기록도 거부합니다. 이러한 결과들은 기능적 동등성만 보존하는 것만으로는 충분하지 않으며, 나중에 합성 선택성이 유지된 고수준 구조에 의존할 때 문제가 발생함을 보여줍니다.