論文の概要: Quantum Compiler Design for Qubit Mapping and Routing: A Cross-Architectural Survey of Superconducting, Trapped-Ion, and Neutral Atom Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.16891v1
• Date: Thu, 22 May 2025 16:49:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-23 17:12:48.466262
• Title: Quantum Compiler Design for Qubit Mapping and Routing: A Cross-Architectural Survey of Superconducting, Trapped-Ion, and Neutral Atom Systems
• Title（参考訳）: クビットマッピングとルーティングのための量子コンパイラ設計:超伝導, トラップイオン, ニュートラル原子系のクロスアーキテクチャサーベイ
• Authors: Chenghong Zhu, Xian Wu, Zhaohui Yang, Jingbo Wang, Anbang Wu, Shenggen Zheng, Xin Wang,
• Abstract要約: 本稿では,3つの主流量子ハードウェアプラットフォームにおける量子ビットマッピングとルーティング問題について検討・分類する。 主に超伝導プラットフォーム用ハードウェア対応コンパイラの開発について検討する。 トラップイオンと中性原子装置の進化について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.240273478884696
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum hardware development is progressing rapidly with substantial advancements achieved across leading platforms, including superconducting circuits, trapped-ion systems, and neutral atom arrays. As the pursuit of practical quantum advantage continues, efficient quantum program compilation becomes essential for transforming high-level representations of quantum algorithms into physically executable circuits. A fundamental challenge in this process is qubit mapping and gate scheduling, which play a critical role in adapting compiled circuits to the architectural constraints and physical limitations of specific quantum hardware. In this survey, we systematically review and categorize research on the qubit mapping and routing problems across the three mainstream quantum hardware platforms. We primarily explore the development of hardware-aware compilers for superconducting platforms, classifying existing methods into solver-based, heuristic-based, and machine learning-based approaches, and analyze their optimization targets, including gate count, circuit duration, fidelity, and scalability. Furthermore, we examine the evolution of trapped-ion and neutral atom devices, analyzing the distinct challenges posed by their hardware characteristics and highlighting specialized compilers tailored to these unique physical constraints. Finally, we summarize the key challenges and identify some promising opportunities for future research in quantum compiler design across these hardware platforms.
• Abstract（参考訳）: 量子ハードウェアの開発は、超伝導回路、トラップイオン系、中性原子配列を含む主要なプラットフォームで大幅に進歩している。 実用的な量子優位性の追求が進むにつれ、量子アルゴリズムの高レベルな表現を物理的に実行可能な回路に変換するためには、効率的な量子プログラムのコンパイルが不可欠となる。 このプロセスにおける根本的な課題は、キュービットマッピングとゲートスケジューリングであり、特定の量子ハードウェアのアーキテクチャ上の制約と物理的制限にコンパイルされた回路を適用する上で重要な役割を果たす。 本稿では,3つの主流量子ハードウェアプラットフォームにおける量子ビットマッピングとルーティング問題について,系統的に検討し,分類する。 主に,超伝導プラットフォーム用ハードウェア対応コンパイラの開発について検討し,既存の手法をソルバベース,ヒューリスティックベース,機械学習ベースのアプローチに分類し,ゲート数,回路時間,忠実度,拡張性などの最適化目標を解析する。 さらに,トラップイオンおよび中性原子デバイスの進化について検討し,ハードウェア特性がもたらす課題を解析し,これらの特異な物理的制約に合わせた特別なコンパイラの強調を行った。 最後に、重要な課題をまとめた上で、これらのハードウェアプラットフォームにわたる量子コンパイラ設計における将来的な研究の機会をいくつか挙げる。

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