論文の概要: Moveless: Minimizing Overhead on QCCDs via Versatile Execution and Low Excess Shuttling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.03914v1
- Date: Tue, 05 Aug 2025 21:02:29 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-07 20:09:22.446225
- Title: Moveless: Minimizing Overhead on QCCDs via Versatile Execution and Low Excess Shuttling
- Title（参考訳）: Moveless:Versatile Executionと低負荷シャットリングによるQCCDのオーバヘッド最小化
- Authors: Sahil Khan, Suhas Vittal, Kenneth Brown, Jonathan Baker,
- Abstract要約: 本稿では,QEC回路の構造規則性に特化したコンパイル方式を提案する。
その結果,QEC回路の動作速度は平均3.38倍に向上し,論理誤差率を最大2桁向上させることができた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5833117322405447
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: One of the most promising paths towards large scale fault tolerant quantum computation is the use of quantum error correcting stabilizer codes. Just like every other quantum circuit, these codes must be compiled to hardware in a way to minimize the total physical error introduced into the system, for example either due to high latency execution or excessive gates to meet connectivity limitations of the target hardware. However, unlike arbitrary quantum circuits, all syndrome extraction circuits have several common properties, for example they have a bipartite connectivity graph, consist only of commuting subcircuits, among other properties. For the most part, compilation methods have aimed at being generic, able to map any input circuit into executables on the hardware, and therefore cannot appropriately exploit these properties and result in executables which have higher physical error. In the case of modular trapped ion systems, specifically QCCDs, this corresponds to the insertion of excessive shuttling operations necessary to realize arbitrary qubit interactions. We propose a compilation scheme explicitly tailored for the structural regularity of QEC circuits based on several key observations: 1. only ancilla or data (but not both) should be shuttled, 2. stabilizers can be executed in any order meaning we can dynamically modify circuit execution on a per-cycle basis 3. ancilla are indistinguishable meaning any can be selected to begin a stabilizer measurement and retain a fixed-point mapping between cycles, and 4. QCCD hardware limits the number of parallel operations equal to the number traps in the system, meaning fewer ancilla are necessary and can be reused. Our resulting compiler, leads to QEC circuits which are on average 3.38x faster to execute, and lead to up to two orders of magnitude of improvement in logical error rates with realistic physical error rates.
- Abstract（参考訳）: 大規模フォールトトレラント量子計算への最も有望な道の1つは、安定化器符号を補正する量子エラーの利用である。
他の量子回路と同様に、これらのコードは、例えば、高い遅延実行や、ターゲットハードウェアの接続限界を満たす過剰なゲートのために、システムに導入された物理的なエラーを最小化するために、ハードウェアにコンパイルされなければならない。
しかし、任意の量子回路とは異なり、全てのシンドローム抽出回路はいくつかの共通特性を持ち、例えば、通勤サブ回路のみからなる二部接続グラフを持つ。
ほとんどの場合、コンパイル手法は汎用性を目指しており、任意の入力回路をハードウェア上の実行可能ファイルにマッピングできるため、これらの特性を適切に利用できず、より高い物理誤差を持つ実行可能ファイルを生成することができない。
モジュラートラップイオン系、特にQCCDの場合、これは任意の量子ビット相互作用を実現するのに必要な過剰なシャットリング操作の挿入に対応する。
いくつかの重要な観測に基づいて、QEC回路の構造規則性を明示的に調整したコンパイル方式を提案する。
1.アンシラまたはデータ(両方ではない)のみをシャトルする。
2. 安定化器は任意の順序で実行でき、回路実行をサイクルごとに動的に変更できる。
三 アンシラは、安定度測定を開始し、周期間の固定点マッピングを保持するために選択することができるという区別がつかない。
4.QCCDハードウェアは、システム内のナンバートラップに匹敵する並列操作の数を制限する。
その結果,QEC回路の動作速度は平均3.38倍に向上し,論理誤差率を最大2桁向上させることができた。
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