論文の概要: QuantEM: The quantum error management compiler

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.15505v1
• Date: Fri, 19 Sep 2025 01:04:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-22 18:18:10.949587
• Title: QuantEM: The quantum error management compiler
• Title（参考訳）: QuantEM: 量子エラー管理コンパイラ
• Authors: Ji Liu, Quinn Langfitt, Mingyoung Jessica Jeng, Alvin Gonzales, Noble Agyeman-Bobie, Kaiya Jones Siddharth Vijaymurugan, Daniel Dilley, Zain H. Saleem, Nikos Hardavellas, Kaitlin N. Smith,
• Abstract要約: 量子エラー検出(QED)により、オーバーヘッドを大幅に低減して信頼性が向上する。 QEDを任意の量子回路に適用することは、検出サブ回路の手動挿入、アンシラ割り当て、ハードウェア固有のマッピングとスケジューリングを必要とするため、依然として難しい。 我々はQEDコードの任意の量子プログラムへの統合を自動化するために設計されたモジュール型でスケーラブルなコンパイラQuantEMを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.576503649817851
• License: http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/
• Abstract: As quantum computing advances toward fault-tolerant architectures, quantum error detection (QED) has emerged as a practical and scalable intermediate strategy in the transition from error mitigation to full error correction. By identifying and discarding faulty runs rather than correcting them, QED enables improved reliability with significantly lower overhead. Applying QED to arbitrary quantum circuits remains challenging, however, because of the need for manual insertion of detection subcircuits, ancilla allocation, and hardware-specific mapping and scheduling. We present QuantEM, a modular and extensible compiler designed to automate the integration of QED codes into arbitrary quantum programs. Our compiler consists of three key modules: (1) program analysis and transformation module to examine quantum programs in a QED-aware context and introduce checks and ancilla qubits, (2) error detection code integration module to map augmented circuits onto specific hardware backends, and (3) postprocessing and resource management for measurement results postprocessing and resource-efficient estimation techniques. The compiler accepts a high-level quantum circuit, a chosen error detection code, and a target hardware topology and then produces an optimized and executable circuit. It can also automatically select an appropriate detection code for the user based on circuit structure and resource estimates. QuantEM currently supports Pauli check sandwiching and Iceberg codes and is designed to support future QED schemes and hardware targets. By automating the complex QED compilation flow, this work reduces developer burden, enables fast code exploration, and ensures consistent and correct application of detection logic across architectures.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングがフォールトトレラントアーキテクチャへと進化するにつれて、量子エラー検出(QED)は、エラー軽減から完全なエラー修正への移行において、実用的でスケーラブルな中間戦略として現れてきた。 修正ではなく、障害のある実行を識別して破棄することにより、QEDはオーバーヘッドを大幅に低減した信頼性の向上を可能にします。 しかし、検出サブ回路の手動挿入、アンシラ割り当て、ハードウェア固有のマッピングとスケジューリングの必要性から、QEDを任意の量子回路に適用することは依然として困難である。 我々はQEDコードの任意の量子プログラムへの統合を自動化するために設計されたモジュール型で拡張可能なコンパイラQuantEMを提案する。 本コンパイラは,(1)QED対応コンテキストで量子プログラムを解析し,チェックおよびアンシラ量子ビットを導入するためのプログラム解析および変換モジュール,(2)拡張回路を特定のハードウェアバックエンドにマッピングするためのエラー検出コード統合モジュール,(3)後処理と資源管理による測定結果のポストプロセッシングと資源効率推定手法の3つの重要なモジュールから構成される。 コンパイラは、高レベル量子回路、選択されたエラー検出コード、ターゲットハードウェアトポロジーを受け入れ、最適化され実行可能な回路を生成する。 また、回路構造やリソース推定に基づいて、ユーザの適切な検出コードを自動的に選択することもできる。 QuantEMは現在、PauliチェックサンドイッチとIcebergコードをサポートしており、将来のQEDスキームとハードウェアターゲットをサポートするように設計されている。 複雑なQEDコンパイルフローを自動化することで、開発者の負担を軽減し、高速なコード探索を可能にし、アーキテクチャ全体にわたる検出ロジックの一貫性と正しい適用を保証する。

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