論文の概要: SpinQ: Compilation strategies for scalable spin-qubit architectures
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.13241v1
- Date: Mon, 30 Jan 2023 19:10:23 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-01 18:45:22.776557
- Title: SpinQ: Compilation strategies for scalable spin-qubit architectures
- Title（参考訳）: SpinQ: スケーラブルなスピンキュービットアーキテクチャのためのコンパイル戦略
- Authors: Nikiforos Paraskevopoulos, Fabio Sebastiano, Carmen G. Almudever,
Sebastian Feld
- Abstract要約: $textitSpinQ$は、このクロスバーアーキテクチャ上で量子アルゴリズムをマッピングするスケーラブルなスピンキュービットアーキテクチャのための、最初のネイティブコンパイルフレームワークである。
広範に定義された量子回路をコンパイルし、ゲートオーバヘッド、深さオーバヘッド、推定成功確率などの複数の指標に基づいて、奥行き分析を行った。
本稿では,アルゴリズムの成功率を向上し,他のスケーラブルなスピン量子ビットアーキテクチャのための量子回路マッピング技術をさらに研究する可能性のある,クロスバーアーキテクチャの新しいマッピング手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.384055225262046
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In most qubit realizations, prototype devices are available and are already
utilized in both industry and academic research. Despite being severely
constrained, hardware- and algorithm-aware quantum circuit mapping techniques
have been developed for enabling successful algorithm executions during the
NISQ era, targeting mostly technologies with high qubit counts. Not so much
attention has been paid to the implementation of compilation methods for
quantum processors based on spin-qubits due to the scarce availability of
current experimental devices and their small sizes. However, based on their
high scalability potential and their rapid progress it is timely to start
exploring quantum circuit mapping solutions for these spin-qubit devices. In
this work, we discuss the unique mapping challenges of a scalable spin-qubit
crossbar architecture with shared control [arXiv:1711.03807] and introduce
$\textit{SpinQ}$, the first native compilation framework for scalable
spin-qubit architectures that maps quantum algorithms on this crossbar
architecture. At the core of $\textit{SpinQ}$ is the $\textit{Integrated
Strategy}$ that addresses the unique operational constraints of the crossbar
while considering compilation (execution time) scalability, having a $O(n)$
computational complexity. To evaluate the performance of $\textit{SpinQ}$ on
this novel architecture, we compiled a broad set of well-defined quantum
circuits and performed an in-depth analysis based on multiple metrics such as
gate overhead, depth overhead, and estimated success probability, which in turn
allowed us to create unique mapping and architectural insights. Finally, we
propose novel mapping technique improvements for the crossbar architecture that
could increase algorithm success rates and potentially inspire further research
on quantum circuit mapping techniques for other scalable spin-qubit
architectures.
- Abstract（参考訳）: ほとんどの量子化では、プロトタイプデバイスが利用可能であり、すでに産業研究と学術研究の両方で利用されている。
厳格な制約にもかかわらず、ハードウェアとアルゴリズムによる量子回路マッピング技術が開発され、nisq時代にアルゴリズムの実行を成功させ、主に量子ビット数の高い技術をターゲットにしている。
スピン量子ビットに基づく量子プロセッサのコンパイル方法の実装には、現在の実験装置の可用性が低く、サイズも小さいため、あまり注目されていない。
しかし、その高いスケーラビリティと急速な進歩を踏まえて、これらのスピン量子ビットデバイスに対する量子回路マッピングソリューションの探索を始めるのが時期尚早である。
本稿では、分散制御 [arXiv:1711.03807] を備えたスケーラブルなスピンキュービットクロスバーアーキテクチャのユニークなマッピング課題について論じ、このクロスバーアーキテクチャ上で量子アルゴリズムをマッピングするスケーラブルなスピンキュービットアーキテクチャのための最初のネイティブコンパイルフレームワークである$\textit{SpinQ}$を紹介した。
$\textit{SpinQ}$の中核にある$\textit{Integrated Strategy}$は、コンパイル(実行時間)のスケーラビリティを考慮しつつ、クロスバーのユニークな運用上の制約に対処し、$O(n)$の計算複雑性を持つ。
このアーキテクチャで$\textit{SpinQ}$の性能を評価するために、我々は、よく定義された量子回路の広いセットをコンパイルし、ゲートオーバーヘッド、深さオーバーヘッド、推定成功確率などの複数の指標に基づいて詳細な分析を行い、その結果、ユニークなマッピングとアーキテクチャの洞察を作成できた。
最後に、アルゴリズムの成功率を高め、他のスケーラブルなスピンキュービットアーキテクチャのための量子回路マッピング技術をさらに研究する可能性があるクロスバーアーキテクチャの新しいマッピング手法を提案する。
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