論文の概要: Tableau-Based Framework for Efficient Logical Quantum Compilation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.02721v1
- Date: Tue, 02 Sep 2025 18:18:46 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-04 21:40:46.29924
- Title: Tableau-Based Framework for Efficient Logical Quantum Compilation
- Title（参考訳）: 効率的な論理量子コンパイルのためのテーブルーベースフレームワーク
- Authors: Meng Wang, Chenxu Liu, Sean Garner, Samuel Stein, Yufei Ding, Prashant J. Nair, Ang Li,
- Abstract要約: フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)は、量子アルゴリズムの信頼性の高い実行を可能にする。
FTQCアーキテクチャは必要となる物理量子ビットの数を最小化し、他のアーキテクチャと比べて半分以上節約する。
追加の物理量子ビットを必要とせずにFTQCランタイムのオーバーヘッドを最小限に抑えるフレームワークであるTQCを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 15.58811254216672
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computing holds the promise of solving problems intractable for classical computers, but practical large-scale quantum computation requires error correction to protect against errors. Fault-tolerant quantum computing (FTQC) enables reliable execution of quantum algorithms, yet they often demand substantial physical qubit overhead. Resource-efficient FTQC architectures minimize the number of physical qubits required, saving more than half compared to other architectures, but impose constraints that introduce up to 4.7$\times$ higher runtime overhead. In this paper, we present TQC, a \underline{T}ableau-based \underline{Q}uantum \underline{C}ompiler framework that minimizes FTQC runtime overhead without requiring additional physical qubits. By leveraging operation reorderability and latency hiding through parallel execution, TQC reduces FTQC runtime overhead by \textbf{2.57$\times$} on average. Furthermore, FTQC circuits often contain millions of gates, leading to substantial compilation overhead. To address this, we optimize the core data structure, the tableau, used in stabilizer formalism. We provide two tailored versions of the Tableau data type, each designed for different usage scenarios. These optimizations yield an overall performance improvement of more than \textbf{1000$\times$} compared to state-of-the-art FTQC optimization tools.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、古典的なコンピュータでは難解な問題を解くという約束を持っているが、現実的な大規模量子計算ではエラーを防ぐためにエラー訂正が必要である。
フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)は、量子アルゴリズムの信頼性の高い実行を可能にする。
資源効率のよいFTQCアーキテクチャは、必要となる物理量子ビットの数を最小化し、他のアーキテクチャと比べて半分以上節約するが、実行時のオーバーヘッドを4.7$\times$高める制約を課す。
本稿では,FTQCランタイムのオーバーヘッドを最小限に抑えつつ,物理量子ビットを必要とせずに,TQC(Tableau-a \underline{T}ableau-based \underline{Q}uantum \underline{C}ompiler framework)を提案する。
並列実行によるオペレーションのリオーダビリティとレイテンシの隠蔽を活用することで、TQCはFTQCランタイムのオーバーヘッドを平均で \textbf{2.57$\times$} に削減する。
さらに、FTQC回路は数百万のゲートを含むことが多く、かなりのコンパイルオーバーヘッドをもたらす。
これを解決するために、安定化器の定式化に使用されるコアデータ構造であるテーブルーを最適化する。
私たちはTableauデータ型を2つのカスタマイズしたバージョンを提供し、それぞれ異なる利用シナリオ用に設計しています。
これらの最適化は、最先端のFTQC最適化ツールと比較して、 textbf{1000$\times$}以上の全体的なパフォーマンス改善をもたらす。
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