論文の概要: Optimizing FTQC Programs through QEC Transpiler and Architecture Codesign
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.15434v1
- Date: Thu, 19 Dec 2024 22:33:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-23 16:23:36.045244
- Title: Optimizing FTQC Programs through QEC Transpiler and Architecture Codesign
- Title（参考訳）: QECトランスパイラとアーキテクチャ設計によるFTQCプログラムの最適化
- Authors: Meng Wang, Chenxu Liu, Samuel Stein, Yufei Ding, Poulami Das, Prashant J. Nair, Ang Li,
- Abstract要約: 本稿では,クリフォードコスト削減のためのフレームワークであるTACOを紹介する。
コードサインを通じて、FTQCアーキテクチャに根ざした洞察は、新しい回路レベルの最適化を知らせることができる。
評価の結果、TACOは様々な量子回路でクリフォードゲートを平均91.7%削減することがわかった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 21.40851546772101
- License:
- Abstract: Fault-tolerant quantum computing (FTQC) is essential for executing reliable quantum computations of meaningful scale. Widely adopted QEC codes for FTQC, such as the surface code and color codes, utilize Clifford+T gate sets, where T gates are generally considered as the primary bottleneck due to their high resource costs. Recent advances in T gate optimization have significantly reduced this overhead, making Clifford gate complexity an increasingly critical bottleneck that remains largely unaddressed in present FTQC compiler and architecture designs. To address this new bottleneck, this paper introduces TACO, a \textbf{T}ranspiler-\textbf{A}rchitecture \textbf{C}odesign \textbf{O}ptimization framework, to reduce Clifford cost. Specifically, we observe that, through codesign, insights rooted in the FTQC architecture can inform novel circuit-level optimizations for FTQC compilers. These optimizations, in turn, provide new opportunities to redesign and improve the underlying architecture. Evaluations show that TACO achieves an average 91.7% reduction in Clifford gates across diverse quantum circuits and significantly enhances gate parallelism compared to Pauli-based approaches. These improvements enable an efficient FTQC architecture that can achieve single-gate-per-cycle throughput using only $1.5n+4$ logical qubit tiles, considerably pushing forward upon previously proposed designs that require $2n+\sqrt{8n}+1$ tiles. These results highlight the benefits of bidirectional optimization through codesign. TACO will be open-source.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)は、有意義なスケールで信頼性の高い量子計算を実行するために不可欠である。
FTQCで広く採用されているQEC符号(表面コードやカラーコードなど)では、Clifford+Tゲートセットが使用される。
Tゲート最適化の最近の進歩は、このオーバーヘッドを大幅に減らし、クリフォードゲートの複雑性は、現在のFTQCコンパイラやアーキテクチャ設計では、ほとんど使われていない、ますます重要なボトルネックとなっている。
この新たなボトルネックに対処するため,本稿では,Clifford のコスト削減を目的とした TACO を導入している。
具体的には、コードサインを通じて、FTQCアーキテクチャに根ざした洞察が、FTQCコンパイラの新しい回路レベルの最適化を通知できることを観察する。
これらの最適化によって、基盤となるアーキテクチャを再設計し改善する新たな機会が得られます。
評価の結果、TACOは様々な量子回路でクリフォードゲートを平均91.7%削減し、パウリベースのアプローチと比較してゲート並列性を著しく向上させることがわかった。
これらの改良により、1.5n+4$論理キュービットタイルだけでシングルゲート/サイクルのスループットを達成できる効率的なFTQCアーキテクチャが実現でき、2n+\sqrt{8n}+1$タイルを必要とする従来提案されていた設計を大幅に推し進めることができる。
これらの結果は、コードサインによる双方向最適化の利点を強調している。
TACOはオープンソースになる。
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