論文の概要: ConiQ: Enabling Concatenated Quantum Error Correction on Neutral Atom Arrays

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.05779v1
• Date: Thu, 07 Aug 2025 18:46:20 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-11 20:39:05.984663
• Title: ConiQ: Enabling Concatenated Quantum Error Correction on Neutral Atom Arrays
• Title（参考訳）: ConiQ:中性原子配列上の連結量子誤差補正
• Authors: Pengyu Liu, Mingkuan Xu, Hengyun Zhou, Hanrui Wang, Umut A. Acar, Yunong Shi,
• Abstract要約: AHAd符号、特に超高速符号の最近の進歩は、前例のない宇宙効率を実現している。 これらのコードは、アドレス可能な論理ゲートの効率的な実装を欠いている。 長距離通信は、現在のハードウェアプラットフォームにとって大きな課題となる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.4134181831486243
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent progress on concatenated codes, especially many-hypercube codes, achieves unprecedented space efficiency. Yet two critical challenges persist in practice. First, these codes lack efficient implementations of addressable logical gates. Second, the required high degree of parallelism and long-range interactions pose significant challenges for current hardware platforms. In this paper, we propose an efficient compilation approach for concatenated codes, specifically many-hypercube codes, targeted at neutral atom arrays, which provide the necessary parallelism and long-range interactions. Our approach builds on two key innovations. First, we introduce Automorphism-assisted Hierarchical Addressing (AHA) logical CNOT gates that significantly reduce spacetime overhead compared to conventional distillation-based methods. Second, we develop Virtual Atom Intermediate Representation (VAIR) that enables level-wise optimization and legalization. We implement these innovations in ConiQ, a hardware-aware quantum compiler designed to compile fault-tolerant quantum circuits for neutral atom arrays using many-hypercube codes. Our evaluation demonstrates that ConiQ achieves up to 2000x reduction in spacetime overhead and up to 10^6x reduction in compilation time compared to state-of-the-art compilers, with our AHA gates providing an additional overhead reduction of up to 20x. These results establish concatenated codes as a promising approach for fault-tolerant quantum computing in the near future.
• Abstract（参考訳）: 連結符号、特に超高速符号の最近の進歩は、前例のない宇宙効率を実現している。 しかし、実際には2つの重要な課題が続いている。 まず、これらのコードはアドレス可能な論理ゲートの効率的な実装を欠いている。 第二に、要求される高度な並列性と長距離通信は、現在のハードウェアプラットフォームに重大な課題をもたらす。 本稿では,中性原子配列を対象とする連結符号,特に多ハイパーキューブ符号の効率的なコンパイル手法を提案する。 私たちのアプローチは2つの重要なイノベーションに基づいています。 まず, 従来の蒸留法と比較して, 時空オーバヘッドを著しく低減する自己同型支援階層アドレッシング(AHA)論理CNOTゲートを導入する。 第2に、レベルワイド最適化と合法化を可能にする仮想原子中間表現(VAIR)を開発する。 マルチハイパーキューブ符号を用いて中性原子配列に対するフォールトトレラント量子回路をコンパイルするために設計されたハードウェア対応量子コンパイラであるConiQにこれらのイノベーションを実装した。 評価の結果,ConiQは時間オーバーヘッドの最大2000倍,コンパイル時間の最大10^6倍,AHAゲートは最大20倍のオーバヘッド削減を実現していることがわかった。 これらの結果は、近い将来、フォールトトレラント量子コンピューティングの有望なアプローチとして結合符号を確立している。

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