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[FEATURE] Decompose `p`, `phaseshift` and `u1` as `rz` instead of `h; rx; h`

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評価

難易度
4/5
見積もり時間
3〜5日
初心者へのやさしさ
48/100
issue の種類
機能追加
明瞭さ
明確に書かれている
活発さ
活発
技術スタック
python
領域
compilers

調査の方向性

Start with phaseshift_gate and ONE_QUBIT_ROTATION_MAP in src/pyqasm/maps/gates.py, then read the phaseshift-gate section of docs/gate_decompositions.md and inspect the existing decomposition tests. Verify single-gate unrolling and the CLIFFORD_T rebases for p(pi/4) and p(pi/2). Run the unitary checks for the changed decomposition, including csx and rccx, and confirm they match up to global phase.

索引モデルが issue の本文から書いたものです。

説明

enhancement
Feature Description

unroll decomposes p, phaseshift and u1 into three gates, h; rx(θ); h. A single rz(θ) gives the same gate up to a global phase. The longer form then grows during rebase, because each h expands again:

Input Basis Output on main Output for the same gate written as rz
p(0.3) q[0]; ROTATIONAL_CX 5 gates: ry(π/2); rx(π); rx(0.3); ry(π/2); rx(π) rz(0.3)
p(pi/4) q[0]; CLIFFORD_T 5 gates: h; h; t; h; h t
p(pi/2) q[0]; CLIFFORD_T 5 gates: h; h; s; h; h s

Reproduction on main at a742796, Python 3.12:

import pyqasm
from pyqasm.elements import BasisSet

src = 'OPENQASM 3.0;\ninclude "stdgates.inc";\nqubit[1] q;\np(pi/4) q[0];\n'
m = pyqasm.loads(src)
m.rebase(BasisSet.CLIFFORD_T)
print(pyqasm.dumps(m))  # h q[0]; h q[0]; t q[0]; h q[0]; h q[0];

OpenQASM 2 programs that use qelib1.inc unroll p and u1 the same way.

The decomposition is phaseshift_gate. ONE_QUBIT_ROTATION_MAP maps u1, U1, phaseshift and p to it. The csx and rccx decompositions also call it seven times in total.

A related point: #468 adds a p rule to rebase. Unroll rewrites a p gate written by the user before rebase sees it, so that rule only applies to the p gates that pyqasm generates itself.

Done when:

  • A single p(θ), phaseshift(θ) or u1(θ) unrolls to one gate.
  • Under CLIFFORD_T, p(pi/4) rebases to t and p(pi/2) rebases to s.
  • The unitary of each changed decomposition, including csx and rccx, still matches the original up to a global phase.
Implementation (Optional)

One option is to make phaseshift_gate emit rz(θ). gate_decompositions.md documents the current form and needs the same update. rz(θ) and p(θ) differ only by a global phase. That should be safe here, because ctrl @ p resolves to cp before this decomposition runs. This reasoning is not verified against the full test suite.

主要言語
Python
スター
29
フォーク
33
平均マージ
1日 22時間
マージ済み PR（30日）
16

環境構築

はじめの一歩

  1. issue を最後まで読み、次にプロジェクトのコントリビューションガイドを読みます。
  2. 着手することを issue にコメントします — 二人が同じ作業をするのを防げます。
  3. リポジトリをフォークし、ブランチを切って変更します。
  4. issue 番号を参照したプルリクエストを送ります。

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