論文の概要: EmuPlat: A Framework-Agnostic Platform for Quantum Hardware Emulation with Validated Transpiler-to-Pulse Pipeline

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.12639v1
• Date: Tue, 16 Sep 2025 03:56:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-17 17:50:52.874061
• Title: EmuPlat: A Framework-Agnostic Platform for Quantum Hardware Emulation with Validated Transpiler-to-Pulse Pipeline
• Title（参考訳）: EmuPlat: 量子ハードウェアエミュレーションのためのフレームワークに依存しないプラットフォーム
• Authors: Jun Ye, Jun Yong Khoo,
• Abstract要約: EmuPlatはフレームワークに依存しない量子ハードウェアエミュレーションプラットフォームである。 高レベルの量子プログラミングフレームワークとハードウェア固有のパルス制御システムとの相互運用性のギャップに対処する。 EmuPlatは、さまざまな量子コンピューティングエコシステム間のシームレスな統合を可能にする統一されたインフラストラクチャを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.0785699263580475
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We present EmuPlat, a framework-agnostic quantum hardware emulation platform that addresses the interoperability gap between high-level quantum programming frameworks and hardware-specific pulse control systems. Unlike existing solutions that operate within isolated software stacks, EmuPlat provides a unified infrastructure enabling seamless integration across diverse quantum computing ecosystems, including CUDA-Q, Qiskit, and Qibolab. The platform implements a complete transpiler-compiler pipeline that systematically transforms abstract quantum circuits through four validated stages: (1) recursive gate decomposition to a minimal native set $\mathcal{G}_{\text{native}} = \{I, Z, RZ(\theta), \text{GPI2}(\phi), CZ, M\}$, (2) virtual Z optimization implementing phase tracking without physical pulses, (3) connectivity-aware routing with automated SWAP insertion, and (4) deterministic pulse compilation respecting hardware timing constraints. Our modular architecture, based on clean architecture principles with a novel adapter pattern, supports extensible integration of multiple quantum dynamics simulation engines while maintaining consistent interfaces. We demonstrate EmuPlat's capabilities through comprehensive benchmarks on superconducting transmon architectures: Bell state preparation achieves 99.958\% fidelity with hardware-calibrated noise models, while 4-qubit Quantum Fourier Transform implementations successfully demonstrate scalable circuit execution. The platform's production-ready implementation, validated through end-to-end testing with TransformationValidator, establishes EmuPlat as essential infrastructure for accelerating hybrid quantum-classical algorithm development and hardware-software co-design.
• Abstract（参考訳）: フレームワークに依存しない量子ハードウェアエミュレーションプラットフォームであるEmuPlatを,高レベルの量子プログラミングフレームワークとハードウェア固有のパルス制御システムとの相互運用性のギャップに対処する。 分離されたソフトウェアスタック内で動作する既存のソリューションとは異なり、EmuPlatはCUDA-Q、Qiskit、Qibolabなど、さまざまな量子コンピューティングエコシステム間のシームレスな統合を可能にする統一されたインフラストラクチャを提供する。 1) 再帰ゲート分解を最小限のネイティブセット $\mathcal{G}_{\text{native}} = \{I, Z, RZ(\theta), \text{GPI2}(\phi), CZ, M\}$, (2) 仮想Z最適化による物理パルスなしでの位相トラッキング、(3) SWAPの自動挿入による接続認識ルーティング、(4) ハードウェアのタイミング制約に対する決定論的パルスコンパイルである。 私たちのモジュールアーキテクチャは、新しいアダプタパターンを持つクリーンアーキテクチャの原則に基づいて、一貫性のあるインターフェースを維持しながら、複数の量子力学シミュレーションエンジンの拡張性統合をサポートします。 ベル状態準備は、ハードウェアキャリブレーションされたノイズモデルによる99.958\%の忠実度を達成する一方、4量子量子フーリエ変換の実装は、スケーラブルな回路実行の実証に成功している。 このプラットフォームは、TransformValidatorによるエンドツーエンドテストを通じて検証され、ハイブリッド量子古典的アルゴリズム開発とハードウェアとソフトウェアの共同設計を加速するための重要な基盤としてEmuPlatを確立している。

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