論文の概要: Not All Qubits are Utilized Equally
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.19241v1
- Date: Tue, 23 Sep 2025 17:01:39 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-24 20:41:27.966832
- Title: Not All Qubits are Utilized Equally
- Title（参考訳）: すべてのQubitが等しく利用されるわけではない
- Authors: Jeremie Pope, Swaroop Ghosh,
- Abstract要約: 様々なトランスパイラ構成が利用パターンをどのように変化させるかを特定する手段として,量子ハードウェアの平均量子ビット利用率を分析した。
本稿では,IBM の 27-qubit Falcon R4 アーキテクチャを用いた Qiskit プラットフォーム上の解析結果について述べる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6015898117103067
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Improvements to the functionality of modern Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) computers have coincided with an increase in the total number of physical qubits. Quantum programmers do not commonly design circuits that directly utilize these qubits; instead, they rely on various software suites to algorithmically transpile the circuit into one compatible with a target machine's architecture. For connectivity-constrained superconducting architectures in particular, the chosen syntheses, layout, and routing algorithms used to transpile a circuit drastically change the average utilization patterns of physical qubits. In this paper, we analyze average qubit utilization of a quantum hardware as a means to identify how various transpiler configurations change utilization patterns. We present the preliminary results of this analysis using IBM's 27-qubit Falcon R4 architecture on the Qiskit platform for a subset of qubits, gate distributions, and optimization configurations. We found a persistent bias towards trivial mapping, which can be addressed through increased optimization provided that the overall utilization of an architecture remains below a certain threshold. As a result, some qubits are overused whereas other remain underused. The implication of our study are many-fold namely, (a) potential reduction in calibration overhead by focusing on overused qubits, (b) refining optimization, mapping and routing algorithms to maximize the hardware utilization and (c) pricing underused qubits at low rate to motivate their usage and improve hardware throughput (applicable in multi-tenant environments).
- Abstract（参考訳）: 現代のノイズ中規模量子コンピュータ(NISQ)の性能向上は、物理量子ビットの総数の増加と一致している。
量子プログラマは一般にこれらの量子ビットを直接利用する回路を設計せず、代わりにターゲットマシンのアーキテクチャと互換性のある回路にアルゴリズム的に変換するために様々なソフトウェアスイートに依存している。
特に接続に制約のある超伝導アーキテクチャでは、選択された合成、レイアウト、ルーティングアルゴリズムを使って回路をトランスパイルし、物理量子ビットの平均利用パターンを劇的に変える。
本稿では,様々なトランスパイラ構成が利用パターンをどのように変化させるかを特定する手段として,量子ハードウェアの平均量子ビット利用率を解析する。
本稿では,Qiskit プラットフォーム上の IBM の 27-qubit Falcon R4 アーキテクチャを用いて,キュービット,ゲート分布,最適化構成のサブセットとして,この分析の予備的な結果を示す。
アーキテクチャの全体的な利用が一定のしきい値以下であることから、最適化の強化によって対処できるような、自明なマッピングに対する永続的なバイアスが見つかりました。
その結果、一部の量子ビットは過剰に使用されるが、他の量子ビットは未使用のままである。
私たちの研究の意味は多々あります。
(a)過剰使用量子ビットに着目したキャリブレーションオーバーヘッドの潜在的な低減
(b)ハードウェア利用を最大化するための最適化、マッピング、ルーティングアルゴリズム
(c) 量子ビットを低料金で使用し、ハードウェアスループットを向上する(マルチテナント環境に適用可能)。
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