論文の概要: Hardware-aware Compilation for Chip-to-Chip Coupler-Connected Modular Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.09036v1
• Date: Wed, 14 May 2025 00:20:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-15 21:44:09.333289
• Title: Hardware-aware Compilation for Chip-to-Chip Coupler-Connected Modular Quantum Systems
• Title（参考訳）: チップ・ツー・チップ・カプラ接続モジュール量子システムのためのハードウェア・アウェア・コンパイル
• Authors: Zefan Du, Shuwen Kan, Samuel Stein, Zhiding Liang, Ang Li, Ying Mao,
• Abstract要約: 本稿では,モジュールチップ間のシステムレベルの調整により,既存の量子コンパイラを強化する回路-コンパイラの共同設計フレームワークであるCCMapを紹介する。 その結果、CCMapは回路の忠実度を最大21.9%改善し、30%向上し、最先端のベースラインに対してコンパイルコストを最大58.6%削減した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.509466019910955
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: As quantum processors scale, monolithic architectures face growing challenges due to limited qubit density, heterogeneous error profiles, and restricted connectivity. Modular quantum systems, enabled by chip-to-chip coupler-connected modular architectures, provide a scalable alternative. However, existing quantum compilers fail to accommodate this new architecture. We introduce CCMap, a circuit-compiler co-design framework that enhances existing quantum compilers with system-level coordination across modular chips. It leverages calibration data and introduces a coupler-aligned and noise-aware cost metric to evaluate circuit compilation. CCMap integrates with existing compilers by partitioning circuits into subcircuits compiled on individual chips, followed by a global mapping step to minimize the total cost. We evaluated CCMap on IBM-Q noisy emulators using real hardware calibrations across various coupler-connected topologies. Results show that CCMap improves circuit fidelity by up to 21.9%, representing a 30% increase, and reduces compilation cost by up to 58.6% over state-of-the-art baselines. These findings highlight CCMap's potential to enable scalable, high-fidelity execution in coupler-connected modular quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 量子プロセッサの規模が拡大するにつれ、モノリシックアーキテクチャは、量子ビット密度の制限、異質なエラープロファイル、接続の制限といった問題に直面している。 チップ・ツー・チップ・カプラ接続型モジュラーアーキテクチャによって実現されたモジュラー量子システムは、スケーラブルな代替手段を提供する。 しかし、既存の量子コンパイラはこの新しいアーキテクチャに対応できない。 本稿では,モジュールチップ間のシステムレベルの調整により,既存の量子コンパイラを強化する回路-コンパイラの共同設計フレームワークであるCCMapを紹介する。 キャリブレーションデータを活用し、回路のコンパイルを評価するためにカプラ整列とノイズ対応のコストメトリクスを導入する。 CCMapは、回路を個々のチップにコンパイルされたサブ回路に分割することで、既存のコンパイラと統合する。 我々は,様々なカプラ接続トポロジのハードウェアキャリブレーションを用いて,IBM-Qノイズエミュレータ上でCCMapを評価した。 その結果、CCMapは回路の忠実度を最大21.9%改善し、30%向上し、最先端のベースラインに対してコンパイルコストを最大58.6%削減した。 これらの知見は、カプラ接続型モジュラ量子システムにおいて、スケーラブルで高忠実な実行を可能にするCCMapの可能性を浮き彫りにした。

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