論文の概要: Atomique: A Quantum Compiler for Reconfigurable Neutral Atom Arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.15123v3
- Date: Thu, 14 Nov 2024 23:36:52 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-18 18:55:18.130091
- Title: Atomique: A Quantum Compiler for Reconfigurable Neutral Atom Arrays
- Title（参考訳）: Atomique: 再構成可能な中性原子配列のための量子コンパイラ
- Authors: Hanrui Wang, Pengyu Liu, Daniel Bochen Tan, Yilian Liu, Jiaqi Gu, David Z. Pan, Jason Cong, Umut A. Acar, Song Han,
- Abstract要約: 我々は、量子ビットマッピング、原子移動、ゲートスケジューリング用に設計されたコンパイルフレームワークAtomiqueを紹介する。
Atomiqueは一貫してIBM Superconducting、長距離ゲートを持つFAA、長方形と三角形のトポロジを持つFAAを上回っている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 19.543879449267372
- License:
- Abstract: The neutral atom array has gained prominence in quantum computing for its scalability and operation fidelity. Previous works focus on fixed atom arrays (FAAs) that require extensive SWAP operations for long-range interactions. This work explores a novel architecture reconfigurable atom arrays (RAAs), also known as field programmable qubit arrays (FPQAs), which allows for coherent atom movements during circuit execution under some constraints. Such atom movements, which are unique to this architecture, could reduce the cost of long-range interactions significantly if the atom movements could be scheduled strategically. In this work, we introduce Atomique, a compilation framework designed for qubit mapping, atom movement, and gate scheduling for RAA. Atomique contains a qubit-array mapper to decide the coarse-grained mapping of the qubits to arrays, leveraging MAX k-Cut on a constructed gate frequency graph to minimize SWAP overhead. Subsequently, a qubit-atom mapper determines the fine-grained mapping of qubits to specific atoms in the array and considers load balance to prevent hardware constraint violations. We further propose a router that identifies parallel gates, schedules them simultaneously, and reduces depth. We evaluate Atomique across 20+ diverse benchmarks, including generic circuits (arbitrary, QASMBench, SupermarQ), quantum simulation, and QAOA circuits. Atomique consistently outperforms IBM Superconducting, FAA with long-range gates, and FAA with rectangular and triangular topologies, achieving significant reductions in depth and the number of two-qubit gates.
- Abstract（参考訳）: 中性原子配列は、そのスケーラビリティと操作の忠実さのために量子コンピューティングで有名になった。
従来の研究は、長距離通信のために広範囲にわたるSWAP操作を必要とする固定原子配列(FAA)に焦点を当てていた。
この研究は、新しいアーキテクチャ再構成可能な原子配列(RAA)、またはフィールドプログラマブル量子ビットアレイ(FPQA)を探索し、回路実行中に一定の制約の下でコヒーレントな原子の動きを可能にする。
このような原子の動きは、この構造に特有のものであり、戦略的に原子の動きをスケジュールすれば、長距離相互作用のコストを大幅に削減できる。
本研究では, 量子ビットマッピング, 原子移動, RAAのためのゲートスケジューリングのためのコンパイルフレームワークAtomiqueを紹介する。
Atomiqueにはqubit-arrayマッパーが含まれており、構築されたゲート周波数グラフ上のMAX k-Cutを利用してSWAPオーバーヘッドを最小限に抑える。
その後、クビット原子マッパーが配列内の特定の原子へのクビットの微細なマッピングを決定し、負荷バランスを考慮してハードウェアの制約違反を防止する。
さらに,並列ゲートを識別し,同時にスケジュールし,深さを低減するルータを提案する。
汎用回路(arbitrary, QASMBench, SupermarQ)、量子シミュレーション、QAOA回路など、20以上の多様なベンチマークでAtomiqueを評価した。
Atomiqueは、IBM Superconducting, FAA with long-range gate, FAA with square and triangular topologies を一貫して上回り、深さと2ビットゲートの数を大幅に減らしている。
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