論文の概要: Distributed-HISQ: A Distributed Quantum Control Architecture
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.04798v1
- Date: Fri, 05 Sep 2025 04:29:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-08 14:27:25.476719
- Title: Distributed-HISQ: A Distributed Quantum Control Architecture
- Title（参考訳）: Distributed-HISQ:分散量子制御アーキテクチャ
- Authors: Yilun Zhao, Kangding Zhao, Peng Zhou, Dingdong Liu, Tingyu Luo, Yuzhen Zheng, Peng Luo, Shun Hu, Jin Lin, Cheng Guo, Yinhe Han, Ying Wang, Mingtang Deng, Junjie Wu, X. Fu,
- Abstract要約: 本稿では,ハードウェアに依存しない設計で量子制御を再定義する汎用命令セットであるDistributed-HISQを提案する。
HISQは、制御シーケンスのための統一言語を提供し、単一のマイクロアーキテクチャが様々な制御方法をサポートすることができる。
予約ベースの同期プロトコルであるBISPは、ゼロサイクル同期オーバーヘッドを達成できる可能性がある。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 20.529851489287683
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The design of a scalable Quantum Control Architecture (QCA) faces two primary challenges. First, the continuous growth in qubit counts has rendered distributed QCA inevitable, yet the nondeterministic latencies inherent in feedback loops demand cycleaccurate synchronization across multiple controllers. Existing synchronization strategies -- whether lock-step or demand-driven -- introduce significant performance penalties. Second, existing quantum instruction set architectures are polarized, being either too abstract or too granular. This lack of a unifying design necessitates recurrent hardware customization for each new control requirement, which limits the system's reconfigurability and impedes the path toward a scalable and unified digital microarchitecture. Addressing these challenges, we propose Distributed-HISQ, featuring: (i) HISQ, A universal instruction set that redefines quantum control with a hardware-agnostic design. By decoupling from quantum operation semantics, HISQ provides a unified language for control sequences, enabling a single microarchitecture to support various control methods and enhancing system reconfigurability. (ii) BISP, a booking-based synchronization protocol that can potentially achieve zero-cycle synchronization overhead. The feasibility and adaptability of Distributed-HISQ are validated through its implementation on a commercial quantum control system targeting superconducting qubits. We performed a comprehensive evaluation using a customized quantum software stack. Our results show that BISP effectively synchronizes multiple control boards, leading to a 22.8% reduction in average program execution time and a $\sim$5$\times$ reduction in infidelity when compared to an existing lock-step synchronization scheme.
- Abstract（参考訳）: スケーラブルな量子制御アーキテクチャ(QCA)の設計は、2つの大きな課題に直面している。
第一に、キュービットカウントの連続的な成長は分散QCAを必然的に引き起こしたが、フィードバックループに固有の非決定論的レイテンシは、複数のコントローラ間でのサイクル正確な同期を要求する。
既存の同期戦略 -- ロックステップであれ、需要駆動であれ -- は、大幅なパフォーマンスのペナルティをもたらす。
第二に、既存の量子命令セットアーキテクチャは分極され、抽象的すぎるか粒度が大きすぎる。
この統一設計の欠如は、新しい制御要件ごとに繰り返しハードウェアのカスタマイズを必要とし、システムの再構成可能性を制限するとともに、スケーラブルで統一されたデジタルマイクロアーキテクチャへの道のりを妨げている。
これらの課題に対処するため、我々はDistributed-HISQを提案します。
i) HISQ – ハードウェアに依存しない設計で量子制御を再定義する普遍的な命令セット。
量子演算セマンティクスから切り離すことにより、HISQは制御シーケンスのための統一言語を提供し、単一のマイクロアーキテクチャが様々な制御方法をサポートし、システム再構成性を向上させることができる。
(ii)BISPは予約ベースの同期プロトコルで、ゼロサイクル同期オーバーヘッドを達成できる可能性がある。
超伝導量子ビットをターゲットとした商用量子制御システムの実装を通じて、分散HISQの実現可能性と適応性を検証する。
カスタマイズされた量子ソフトウェアスタックを用いて包括的評価を行った。
以上の結果から,BISPは複数の制御ボードを効果的に同期させることで,プログラム実行時間を22.8%削減し,既存のロックステップ同期方式と比較すると,$$\sim$5$\times$不整合を減少させることがわかった。
関連論文リスト
- Scalable modular architecture for universal quantum computation [49.1574468325115]
一つの絡み合う2量子ゲートで制御可能な進化演算子である2つの量子ビットアレイを接続することは十分であることを示す。
我々の証明は、より小さなビルディングブロックからローカル制御と結合数を減らしたモジュラQPUを構築するためのテンプレートを提供する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-07-19T16:45:47Z) - Manarat: A Scalable QICK-Based Control System for Superconducting Quantum Processors Supporting Synchronized Control of 10 Flux-Tunable Qubits [0.0]
ManaratはQuantum Instrumentation Control Kit (QICK)をベースにしたスケーラブルなマルチボード制御プラットフォームである。
複数のAMD ZCU216 RFSoCボードに100ps以下のタイミングアライメントを可能にするため、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアの拡張が組み込まれている。
2つのRFSoC基板で制御される10ビット超伝導プロセッサ上でのマナラトの有効性を検証し、同期制御シーケンスの信頼性を実証した。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-07-14T18:01:36Z) - Clock Synchronization for Drone-Based Entanglement Quantum Key Distribution [12.241567591136695]
ドローンベースの絡み合い分布は、動的環境における量子鍵分布(QKD)を可能にする量子ネットワークの完全なカバレッジを提供する。
我々のプロトコルはドローンによる絡み合いの分布を可能にし、広帯域およびローカル領域の量子インターネットのシームレスな精度を実現する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-06-09T14:54:12Z) - RSFQ All-Digital Programmable Multi-Tone Generator For Quantum Applications [36.136619420474766]
高速単一磁束量子(RSFQ)技術は、現在のCMOSベースの制御アーキテクチャを置き換える最前線にある。
複雑なパルス列列に基づくマルチトーンディジタル信号を生成する新しいRSFQデバイスを提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-11-13T15:03:28Z) - Elastic Entangled Pair and Qubit Resource Management in Quantum Cloud
Computing [73.7522199491117]
量子クラウドコンピューティング(QCC)は、量子コンピューティングリソースを効率的に提供するための有望なアプローチを提供する。
ユーザ需要の変動と量子回路の要求は、効率的なリソース供給のために困難である。
本稿では、量子コンピューティングとネットワークリソースのプロビジョニングのためのリソース割り当てモデルを提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-07-25T00:38:46Z) - A Classical Architecture For Digital Quantum Computers [21.99729700579818]
ボトルネックのスケーリング デジタル量子コンピュータの作成は、量子計算と古典的コンポーネントの両方の課題を引き起こす。
我々は,古典的なアーキテクチャを提示し,後者の課題の包括的リストに一度に対処し,それをエンドツーエンドシステムで完全に実装する。
我々のアーキテクチャは、大規模量子プロセッサのスケーラブルで高精度な制御を可能にし、量子ハードウェアの進化する要求に対応する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-05-23T17:44:06Z) - Reliable Quantum Communications based on Asymmetry in Distillation and Coding [35.693513369212646]
量子コンピューティングにおける絡み合った量子ビットの信頼性確保の問題に対処する。
テレポーテーションと蒸留に基づく間接送信を組み合わせ,(2)量子誤り訂正(QEC)に基づく直接送信
その結果、アドホックな非対称符号は、従来のQECと比較して、単一リンクと量子ネットワークのシナリオの両方において、性能向上とコードワードサイズ削減をもたらすことがわかった。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-05-01T17:13:23Z) - Quantum Federated Learning with Entanglement Controlled Circuits and
Superposition Coding [44.89303833148191]
我々は、絡み合ったスリム化可能な量子ニューラルネットワーク(eSQNN)の深さ制御可能なアーキテクチャを開発する。
本稿では,eS-QNNの重畳符号化パラメータを通信する絡み合ったスリム化QFL(eSQFL)を提案する。
画像分類タスクでは、広範囲なシミュレーションがeSQFLの有効性を裏付ける。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-12-04T03:18:03Z) - Exploiting Different Levels of Parallelism in the Quantum Control
Microarchitecture for Superconducting Qubits [16.81923513772868]
回路レベル並列(CLP)と量子操作レベル並列(QOLP)を利用する新しい制御マイクロアーキテクチャを提案する。
Shor症候群測定のベンチマークテストでは,提案手法の6コア実装は単一コアと比較して最大2.59$times$ Speedupを実現している。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-08-19T13:24:01Z) - Realization of arbitrary doubly-controlled quantum phase gates [62.997667081978825]
本稿では,最適化問題における短期量子優位性の提案に着想を得た高忠実度ゲートセットを提案する。
3つのトランペット四重項のコヒーレントな多レベル制御を編成することにより、自然な3量子ビット計算ベースで作用する決定論的連続角量子位相ゲートの族を合成する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-08-03T17:49:09Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。