論文の概要: Generating Compilers for Qubit Mapping and Routing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.10781v1
• Date: Thu, 14 Aug 2025 16:07:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-15 22:24:48.398061
• Title: Generating Compilers for Qubit Mapping and Routing
• Title（参考訳）: クビットマッピングとルーティングのためのコンパイラ生成
• Authors: Abtin Molavi, Amanda Xu, Ethan Cecchetti, Swamit Tannu, Aws Albarghouthi,
• Abstract要約: 本稿では、任意の量子アーキテクチャのためのキュービットマッピングとルーティングコンパイラを自動生成するアプローチを提案する。 我々の定式化は自然にQMR問題を特定するためのドメイン固有の言語であるMarolにつながります。 マロールで定義されたQMR問題は、強力なパラメトリック解法で解けることを実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.911137391744446
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum computers promise to solve important problems faster than classical computers, potentially unlocking breakthroughs in materials science, chemistry, and beyond. Optimizing compilers are key to realizing this potential, as they minimize expensive resource usage and limit error rates. A critical compilation step is qubit mapping and routing (QMR), which finds mappings from circuit qubits to qubits on a target device and plans instruction execution while satisfying the device's connectivity constraints. The challenge is that the landscape of quantum architectures is incredibly diverse and fast-evolving. Given this diversity, hundreds of papers have addressed the QMR problem for different qubit hardware, connectivity constraints, and quantum error correction schemes. We present an approach for automatically generating qubit mapping and routing compilers for arbitrary quantum architectures. Though each QMR problem is different, we identify a common core structure-device state machine-that we use to formulate an abstract QMR problem. Our formulation naturally leads to a domain-specific language, Marol, for specifying QMR problems-for example, the well-studied NISQ mapping and routing problem requires only 12 lines of Marol. We demonstrate that QMR problems, defined in Marol, can be solved with a powerful parametric solver that can be instantiated for any Marol program. We evaluate our approach through case studies of important QMR problems from prior and recent work, covering noisy and fault-tolerant quantum architectures on all major hardware platforms. Our thorough evaluation shows that generated compilers are competitive with handwritten, specialized compilers in terms of runtime and solution quality. We envision that our approach will simplify development of future quantum compilers as new quantum architectures continue to emerge.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、古典的なコンピュータよりも早く重要な問題を解決し、物質科学、化学などにおけるブレークスルーを解き放つ可能性がある。 高価なリソース使用量を最小限に抑え、エラー率を制限するため、コンパイラを最適化することがこの可能性を実現する鍵となる。 重要なコンパイルステップはqubitマッピングとルーティング(QMR)であり、ターゲットデバイス上のqubitからqubitへのマッピングを見つけ、デバイスの接続制約を満たしながら命令の実行を計画する。 課題は、量子アーキテクチャのランドスケープが驚くほど多様で、急速に進化していることです。 この多様性を考えると、何百もの論文が異なる量子ビットハードウェア、接続制約、量子エラー訂正スキームのQMR問題に対処している。 本稿では、任意の量子アーキテクチャのためのキュービットマッピングとルーティングコンパイラを自動生成するアプローチを提案する。 それぞれのQMR問題は異なるが、抽象的なQMR問題を定式化するために使用する共通コア構造デバイス状態マシンを同定する。 我々の定式化は自然にQMR問題を特定するためのドメイン固有言語であるMarolにつながり、例えば、よく研究されているNISQマッピングとルーティング問題では12行のMarolしか必要としない。 本稿では,QMR問題を任意のMarolプログラムに対してインスタンス化可能な強力なパラメトリックソルバで解くことができることを示す。 我々は,すべての主要ハードウェアプラットフォーム上でのノイズおよびフォールトトレラントな量子アーキテクチャを網羅し,従来および最近の研究から重要なQMR問題のケーススタディを通じて,我々のアプローチを評価する。 我々の徹底的な評価は、生成されたコンパイラは、実行時とソリューションの品質の観点から手書きの特殊なコンパイラと競合していることを示している。 我々は、新しい量子アーキテクチャが出現し続けるにつれて、我々のアプローチが将来の量子コンパイラの開発を簡素化することを期待している。

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