論文の概要: Architectures for Multinode Superconducting Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.06167v1
• Date: Mon, 12 Dec 2022 19:00:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-09 14:04:43.466951
• Title: Architectures for Multinode Superconducting Quantum Computers
• Title（参考訳）: マルチノード超電導量子コンピュータのアーキテクチャ
• Authors: James Ang, Gabriella Carini, Yanzhu Chen, Isaac Chuang, Michael Austin DeMarco, Sophia E. Economou, Alec Eickbusch, Andrei Faraon, Kai-Mei Fu, Steven M. Girvin, Michael Hatridge, Andrew Houck, Paul Hilaire, Kevin Krsulich, Ang Li, Chenxu Liu, Yuan Liu, Margaret Martonosi, David C. McKay, James Misewich, Mark Ritter, Robert J. Schoelkopf, Samuel A. Stein, Sara Sussman, Hong X. Tang, Wei Tang, Teague Tomesh, Norm M. Tubman, Chen Wang, Nathan Wiebe, Yong-Xin Yao, Dillon C. Yost, Yiyu Zhou
• Abstract要約: MNQCを構築するためのスケーラブルな方法の1つは、光配線を持つ超伝導量子システムである。 本稿では,ノード間リンク,絡み込み蒸留,局所アーキテクチャのハードウェアモデルを用いて,MNQCの全体的な性能を定量化する。 このトレードオフをナビゲートする方法を示し、コンパイラがローカルとインターノードのゲートをどのように最適化すべきかを説明し、ノイズの多い量子リンクが純粋に古典的なリンクよりも有利であるかどうかについて議論する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.518262577853033
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Many proposals to scale quantum technology rely on modular or distributed designs where individual quantum processors, called nodes, are linked together to form one large multinode quantum computer (MNQC). One scalable method to construct an MNQC is using superconducting quantum systems with optical interconnects. However, a limiting factor of these machines will be internode gates, which may be two to three orders of magnitude noisier and slower than local operations. Surmounting the limitations of internode gates will require a range of techniques, including improvements in entanglement generation, the use of entanglement distillation, and optimized software and compilers, and it remains unclear how improvements to these components interact to affect overall system performance, what performance from each is required, or even how to quantify the performance of each. In this paper, we employ a `co-design' inspired approach to quantify overall MNQC performance in terms of hardware models of internode links, entanglement distillation, and local architecture. In the case of superconducting MNQCs with microwave-to-optical links, we uncover a tradeoff between entanglement generation and distillation that threatens to degrade performance. We show how to navigate this tradeoff, lay out how compilers should optimize between local and internode gates, and discuss when noisy quantum links have an advantage over purely classical links. Using these results, we introduce a roadmap for the realization of early MNQCs which illustrates potential improvements to the hardware and software of MNQCs and outlines criteria for evaluating the landscape, from progress in entanglement generation and quantum memory to dedicated algorithms such as distributed quantum phase estimation. While we focus on superconducting devices with optical interconnects, our approach is general across MNQC implementations.
• Abstract（参考訳）: 量子技術をスケールする多くの提案は、ノードと呼ばれる個々の量子プロセッサが結合して1つの大きなマルチノード量子コンピュータ(MNQC)を形成するモジュラーまたは分散設計に依存している。 MNQCを構築するためのスケーラブルな方法の1つは、光配線を持つ超伝導量子システムである。 しかし、これらのマシンの制限要因はノード間ゲートであり、これは2～3桁のノイズがあり、局所的な操作よりも遅い。 ノード間ゲートの制限を克服するには、絡み合い生成の改善、絡み合い蒸留の使用、最適化されたソフトウェアとコンパイラなど、さまざまなテクニックが必要である。 本稿では,ノード間リンク,絡み込み蒸留,局所アーキテクチャといったハードウェアモデルを用いて,MNQCの全体的な性能を定量化するために,コデザインにインスパイアされたアプローチを用いる。 マイクロ波-光リンクを有する超伝導MNQCでは, エンタングルメント生成と蒸留のトレードオフが発見され, 性能低下を脅かす。 我々は、このトレードオフをナビゲートする方法を示し、コンパイラがローカルゲートとインターノードゲートを最適化する方法を示し、ノイズの多い量子リンクが純粋に古典的なリンクよりも優れている場合について議論する。 これらの結果から,MNQCのハードウェアやソフトウェアの改良の可能性を示す初期のMNQCの実現のロードマップや,絡み込み生成や量子メモリの進歩から,分散量子位相推定などの専用アルゴリズムに至るまで,ランドスケープを評価するための基準を概説する。 光配線を有する超伝導デバイスに焦点をあてる一方で、我々のアプローチはMNQC実装全体にわたって一般的である。

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