論文の概要: Circuit decompositions and scheduling for neutral atom devices with limited local addressability
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2307.14996v2
- Date: Mon, 23 Sep 2024 15:51:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-09 14:51:04.069314
- Title: Circuit decompositions and scheduling for neutral atom devices with limited local addressability
- Title（参考訳）: 局所アドレス性に制限のある中性原子デバイスにおける回路分解とスケジューリング
- Authors: Natalia Nottingham, Michael A. Perlin, Dhirpal Shah, Ryan White, Hannes Bernien, Frederic T. Chong, Jonathan M. Baker,
- Abstract要約: 現在の中性原子アーキテクチャは、ブロッホ球のxy平面の軸の1量子ビット回転の局所的アドレス付けをサポートしない。
本稿では,任意のゲートセットからグローバルゲートを含むリアルな中性原子ネイティブゲートセットに入力回路を変換する最適化コンパイラパイプラインを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.259051149249159
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Despite major ongoing advancements in neutral atom hardware technology, there remains limited work in systems-level software tailored to overcoming the challenges of neutral atom quantum computers. In particular, most current neutral atom architectures do not natively support local addressing of single-qubit rotations about an axis in the xy-plane of the Bloch sphere. Instead, these are executed via global beams applied simultaneously to all qubits. While previous neutral atom experimental work has used straightforward synthesis methods to convert short sequences of operations into this native gate set, these methods cannot be incorporated into a systems-level framework nor applied to entire circuits without imposing impractical amounts of serialization. Without sufficient compiler optimizations, decompositions involving global gates will significantly increase circuit depth, gate count, and accumulation of errors. No prior compiler work has addressed this, and adapting existing compilers to solve this problem is nontrivial. In this paper, we present an optimized compiler pipeline that translates an input circuit from an arbitrary gate set into a realistic neutral atom native gate set containing global gates. We focus on decomposition and scheduling passes that minimize the final circuit's global gate count and total global rotation amount. As we show, these costs contribute the most to the circuit's duration and overall error, relative to costs incurred by other gate types. Compared to the unoptimized version of our compiler pipeline, minimizing global gate costs gives up to 4.77x speedup in circuit duration. Compared to the closest prior existing work, we achieve up to 53.8x speedup. For large circuits, we observe a few orders of magnitude improvement in circuit fidelities.
- Abstract（参考訳）: 中性原子ハードウェア技術の進歩は続いているが、中性原子量子コンピュータの課題を克服するために設計されたシステムレベルのソフトウェアでは、まだ開発が限られている。
特に、現在の中性原子アーキテクチャのほとんどは、ブロッホ球のxy平面の軸付近の1量子ビット回転の局所的なアドレッシングをネイティブにサポートしていない。
代わりに、これらは全てのキュービットに同時に適用されるグローバルビームを介して実行される。
従来の中性原子実験では、操作の短いシーケンスをこのネイティブゲートセットに変換する単純な合成法を使用していたが、これらの方法はシステムレベルのフレームワークに組み込むことも、非現実的なシリアライゼーションの量を課すことなく、回路全体に適用することもできない。
十分なコンパイラ最適化がなければ、グローバルゲートを含む分解は回路深さ、ゲート数、エラーの蓄積を大幅に増加させる。
この問題に対処する以前のコンパイラ作業はなく、この問題を解決するために既存のコンパイラを適用するのは簡単ではない。
本稿では,任意のゲートセットからグローバルゲートを含むリアルな中性原子ネイティブゲートセットに入力回路を変換する最適化コンパイラパイプラインを提案する。
最終回路のグローバルゲート数と全グローバルローテーション量を最小限に抑える分解とスケジューリングに焦点をあてる。
示すように、これらのコストは、他のゲートタイプによるコストと比較して、回路の持続時間と全体的な誤差に最も寄与する。
コンパイラパイプラインの最適化されていないバージョンと比較して、グローバルゲートコストの最小化は、回路長の最大4.77倍のスピードアップをもたらす。
従来の作業と比べ、最大53.8倍のスピードアップを実現しています。
大型回路では,回路の忠実度が若干向上している。
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