論文の概要: S-SYNC: Shuttle and Swap Co-Optimization in Quantum Charge-Coupled Devices

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.01316v1
• Date: Fri, 02 May 2025 14:45:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-05 17:21:20.066446
• Title: S-SYNC: Shuttle and Swap Co-Optimization in Quantum Charge-Coupled Devices
• Title（参考訳）: S-SYNC: 量子電荷結合デバイスにおけるシャトルとスワップ共最適化
• Authors: Chenghong Zhu, Xian Wu, Jingbo Wang, Xin Wang,
• Abstract要約: S-SYNCは,シャットリングやスワップ操作の回数を最適化するコンパイラである。 S-SYNCはQCCDのユニークな特性を利用して、シャトルとSWAPの数を同時に効率的に管理するために一般的なSWAP操作を取り入れている。 提案手法は, シャットリング数を平均3.69倍に削減し, 量子アプリケーションの成功率を平均1.73倍に向上することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.720436732911644
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The Quantum Charge-Coupled Device (QCCD) architecture is a modular design to expand trapped-ion quantum computer that relies on the coherent shuttling of qubits across an array of segmented electrodes. Leveraging trapped ions for their long coherence times and high-fidelity quantum operations, QCCD technology represents a significant advancement toward practical, large-scale quantum processors. However, shuttling increases thermal motion and consistently necessitates qubit swaps, significantly extend execution time and negatively affect application success rates. In this paper, we introduce S-SYNC -- a compiler designed to co-optimize the number of shuttling and swapping operations. S-SYNC exploits the unique properties of QCCD and incorporates generic SWAP operations to efficiently manage shuttle and SWAP counts simultaneously. Building on the static topology formulation of QCCD, we develop scheduling heuristics to enhance overall performance. Our evaluations demonstrate that our approach reduces the shuttling number by 3.69x on average and improves the success rate of quantum applications by 1.73x on average. Moreover, we apply S-SYNC to gain insights into executing applications across various QCCD topologies and to compare the trade-offs between different initial mapping methods.
• Abstract（参考訳）: 量子電荷結合デバイス (Quantum Charge-Coupled Device, QCCD) アーキテクチャは、セグメント化された電極をまたいだ量子ビットのコヒーレントなシャットリングに依存する、閉じ込められたイオン量子コンピュータを拡張するモジュラー設計である。 閉じ込められたイオンを長いコヒーレンス時間と高忠実な量子演算に利用することにより、QCCD技術は実用的な大規模量子プロセッサへの大きな進歩を示している。 しかし、シャットリングは熱運動を増大させ、クビットスワップを一貫して必要とし、実行時間を著しく延長し、アプリケーションの成功率に悪影響を及ぼす。 本稿では,シャットリングとスワップ操作の数を協調最適化するコンパイラであるS-SYNCを紹介する。 S-SYNCはQCCDのユニークな特性を利用して、シャトルとSWAPの数を効率的に管理する汎用SWAP操作を取り入れている。 QCCDの静的トポロジ定式化に基づいて、スケジューリングヒューリスティックスを開発し、全体的な性能を向上させる。 提案手法は, シャットリング数を平均3.69倍に削減し, 量子アプリケーションの成功率を平均1.73倍に向上することを示す。 さらに、S-SYNCを適用して、様々なQCCDトポロジにわたるアプリケーション実行の洞察を得、異なる初期マッピング手法間のトレードオフを比較する。

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