論文の概要: Exploiting Long-Distance Interactions and Tolerating Atom Loss in Neutral Atom Quantum Architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.06469v1
• Date: Thu, 11 Nov 2021 21:34:31 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-08 09:41:36.475914
• Title: Exploiting Long-Distance Interactions and Tolerating Atom Loss in Neutral Atom Quantum Architectures
• Title（参考訳）: 中性原子量子アーキテクチャにおける長距離相互作用の爆発と原子損失耐性
• Authors: Jonathan M. Baker, Andrew Litteken, Casey Duckering, Henry Hoffman, Hannes Bernien, Frederic T. Chong
• Abstract要約: ニュートラル原子(NA)アーキテクチャの利点と欠点を評価する。 NAシステムは、長距離通信やネイティブマルチビットゲートなど、いくつかの有望な利点を提供している。 本稿では,原子損失に対するシステムのレジリエンスを劇的に向上させるハードウェアおよびコンパイラ手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.979871961444077
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum technologies currently struggle to scale beyond moderate scale prototypes and are unable to execute even reasonably sized programs due to prohibitive gate error rates or coherence times. Many software approaches rely on heavy compiler optimization to squeeze extra value from noisy machines but are fundamentally limited by hardware. Alone, these software approaches help to maximize the use of available hardware but cannot overcome the inherent limitations posed by the underlying technology. An alternative approach is to explore the use of new, though potentially less developed, technology as a path towards scalability. In this work we evaluate the advantages and disadvantages of a Neutral Atom (NA) architecture. NA systems offer several promising advantages such as long range interactions and native multiqubit gates which reduce communication overhead, overall gate count, and depth for compiled programs. Long range interactions, however, impede parallelism with restriction zones surrounding interacting qubit pairs. We extend current compiler methods to maximize the benefit of these advantages and minimize the cost. Furthermore, atoms in an NA device have the possibility to randomly be lost over the course of program execution which is extremely detrimental to total program execution time as atom arrays are slow to load. When the compiled program is no longer compatible with the underlying topology, we need a fast and efficient coping mechanism. We propose hardware and compiler methods to increase system resilience to atom loss dramatically reducing total computation time by circumventing complete reloads or full recompilation every cycle.
• Abstract（参考訳）: 量子技術は現在、中程度のスケールのプロトタイプを超えてスケールするのに苦労しており、ゲートエラー率やコヒーレンス時間によって、合理的なサイズのプログラムを実行できない。 多くのソフトウェアアプローチは、ノイズの多いマシンから余分な値を引き出すために重いコンパイラ最適化に依存しているが、ハードウェアによって基本的に制限されている。 単独では、これらのソフトウェアアプローチは利用可能なハードウェアの使用を最大化するのに役立ちますが、基盤となる技術が生み出す固有の制限を克服することはできません。 もう1つのアプローチは、スケーラビリティへの道筋として、新しい、しかし、開発が容易でない技術の使用を検討することである。 この作業では、ニュートラルAtom(NA)アーキテクチャの利点とデメリットを評価します。 NAシステムは、通信オーバーヘッド、全体的なゲート数、コンパイルプログラムの深さを削減できる、長距離通信やネイティブマルチビットゲートなどの有望な利点を提供している。 しかし、長距離相互作用は、相互作用するキュービット対を取り巻く制限ゾーンと平行性を妨げる。 これらの利点の恩恵を最大化し、コストを最小化するために、現在のコンパイラメソッドを拡張します。 さらに、NA装置内の原子は、プログラム実行中にランダムに失われる可能性があり、原子配列のロードが遅いため、プログラム実行時間全体に対して極めて有害である。 コンパイルされたプログラムが基盤となるトポロジーと互換性がなくなった場合、高速で効率的なコーピングメカニズムが必要です。 本稿では,全再負荷や全再コンパイルをサイクル毎に回避し,全計算時間を劇的に短縮するシステムレジリエンス向上のためのハードウェアおよびコンパイラ手法を提案する。

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