論文の概要: Hybrid Oscillator-Qubit Quantum Processors: Instruction Set Architectures, Abstract Machine Models, and Applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.10381v1
- Date: Mon, 15 Jul 2024 01:23:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-16 16:30:30.532091
- Title: Hybrid Oscillator-Qubit Quantum Processors: Instruction Set Architectures, Abstract Machine Models, and Applications
- Title（参考訳）: ハイブリッドオシレータ-量子プロセッサ:命令セットアーキテクチャ、抽象機械モデル、応用
- Authors: Yuan Liu, Shraddha Singh, Kevin C. Smith, Eleanor Crane, John M. Martyn, Alec Eickbusch, Alexander Schuckert, Richard D. Li, Jasmine Sinanan-Singh, Micheline B. Soley, Takahiro Tsunoda, Isaac L. Chuang, Nathan Wiebe, Steven M. Girvin,
- Abstract要約: CV-DVハイブリッドハードウェアは,DVプロセッサとCVプロセッサの両方の長所を継承する,強力な計算パラダイムを提供する。
本稿では,様々なハイブリッドCV-DVコンパイル技術,アルゴリズム,アプリケーションについて述べる。
ハイブリッドCV-DV量子計算は超伝導、閉じ込められたイオン、中性原子プラットフォームで実行され始めている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 32.40067565226366
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum computing with discrete variable (DV, qubit) hardware is approaching the large scales necessary for computations beyond the reach of classical computers. However, important use cases such as quantum simulations of physical models containing bosonic modes, and quantum error correction are challenging for DV-only systems. Separately, hardware containing native continuous-variable (CV, oscillator) systems has received attention as an alternative approach, yet the universal control of such systems is non-trivial. In this work, we show that hybrid CV-DV hardware offers a great advantage in meeting these challenges, offering a powerful computational paradigm that inherits the strengths of both DV and CV processors. We provide a pedagogical introduction to CV-DV systems and the multiple abstraction layers needed to produce a full software stack connecting applications to hardware. We present a variety of new hybrid CV-DV compilation techniques, algorithms, and applications, including the extension of quantum signal processing concepts to CV-DV systems and strategies to simulate systems of interacting spins, fermions, and bosons. To facilitate the development of hybrid CV-DV processor systems, we introduce formal Abstract Machine Models and Instruction Set Architectures -- essential abstractions that enable developers to formulate applications, compile algorithms, and explore the potential of current and future hardware for realizing fault-tolerant circuits, modules, and processors. Hybrid CV-DV quantum computations are beginning to be performed in superconducting, trapped ion, and neutral atom platforms, and large-scale experiments are set to be demonstrated in the near future. We present a timely and comprehensive guide to this relatively unexplored yet promising approach to quantum computation and providing an architectural backbone to guide future development.
- Abstract（参考訳）: 離散変数(DV, qubit)ハードウェアを用いた量子コンピューティングは、古典的コンピュータの範囲を超えて計算を行うのに必要な大規模化に近づいている。
しかし、ボソニックモードを含む物理モデルの量子シミュレーションや量子誤差補正といった重要なユースケースは、DVのみのシステムでは困難である。
別として、ネイティブ連続可変(CV、発振器)システムを含むハードウェアは代替手法として注目されているが、そのようなシステムの普遍的な制御は自明ではない。
本研究では,ハイブリッドCV-DVハードウェアが,DVプロセッサとCVプロセッサの両方の長所を継承する強力な計算パラダイムを提供することにより,これらの課題を満たす上で大きな優位性をもたらすことを示す。
本稿では,CV-DVシステムと,アプリケーションとハードウェアを接続する完全なソフトウェアスタックを生成するために必要な抽象化レイヤについて紹介する。
本稿では、CV-DVシステムへの量子信号処理の概念の拡張や、相互作用するスピン、フェルミオン、ボソンのシステムをシミュレートする戦略を含む、様々なハイブリッドCV-DVコンパイル技術、アルゴリズム、応用について述べる。
ハイブリッドCV-DVプロセッサシステムの開発を容易にするため,我々は,アプリケーションの構築,アルゴリズムのコンパイル,フォールトトレラント回路,モジュール,プロセッサの実現に向けた現在のハードウェアと将来のハードウェアの可能性を探るための,公式な抽象機械モデルと命令セットアーキテクチャを導入する。
ハイブリッドCV-DV量子計算は超伝導、閉じ込められたイオン、中性原子プラットフォームで実施され始めている。
我々は、量子計算への比較的未解明で有望なアプローチと、将来の発展を導くためのアーキテクチャのバックボーンを提供するための、タイムリーで包括的なガイドを提示する。
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