論文の概要: Gate Teleportation vs Circuit Cutting in Distributed Quantum Computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.08894v1
- Date: Fri, 10 Oct 2025 01:14:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-14 00:38:47.910459
- Title: Gate Teleportation vs Circuit Cutting in Distributed Quantum Computing
- Title（参考訳）: 分散量子コンピューティングにおけるゲートテレポーテーションと回路切断
- Authors: Shobhit Gupta, Nikolay Sheshko, Daniel J. Dilley, Alvin Gonzales, Manish K. Singh, Zain H. Saleem,
- Abstract要約: 分散量子計算は、サブ回路サンプリングと古典的な後処理オーバーヘッドを指数関数的に増加させる。
量子ビットのフォトニックな絡み合いの最近の進歩は、遠隔ゲートの性能を達成するために必要な光リンクメトリクスについて議論している。
我々の研究は、短期的な量子相互接続ハードウェアメトリクスを通知し、ネットワーク対応のハイブリッド量子古典分散計算アプローチを動機づける。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.685375349666996
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Distributing circuits across quantum processor modules will enable the execution of circuits larger than the qubit count limitations of monolithic processors. While distributed quantum computation has primarily utilized circuit cutting, it incurs an exponential growth of sub-circuit sampling and classical post-processing overhead with an increasing number of cuts. The entanglement-based gate teleportation approach does not inherently incur exponential sampling overhead, provided that quantum interconnects of requisite performance are available for generating high-fidelity Bell pairs. Recent advances in photonic entanglement of qubits have motivated discussion on optical link metrics required to achieve remote gate performance approaching circuit-cutting techniques. We model noisy remote (teleported) gates between superconducting qubits entangled via noisy microwave-to-optical (M2O) transducers over optical links. We incorporate the effect of the transducer noise added ($N_{add}$) on the Bell pair fidelity and inject noisy Bell pairs into remote CNOT gates. We perform a comparative simulation of Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) states generated between processor modules using remote gates and gate cuts by studying the dependence of the Hellinger fidelity on the primary source of error for the two approaches. We identify break-even points where noisy remote gates achieve parity with gate-cuts. Our work suggests that a 10-fold reduction in the present M2O transducer noise added figures would favor generating multipartite entangled states with remote gates over circuit cutting due to an exponential sampling overhead for the latter. Our work informs near-term quantum interconnect hardware metrics and motivates a network-aware hybrid quantum-classical distributed computation approach, where both quantum links and circuit cuts are employed to minimize quantum runtime.
- Abstract（参考訳）: 量子プロセッサモジュール間の分散回路は、モノリシックプロセッサの量子ビット数制限よりも大きい回路の実行を可能にする。
分散量子計算は主に回路切断を利用しているが、サブ回路サンプリングと古典的な後処理オーバーヘッドが指数関数的に増加し、カット数が増加する。
エンタングルメントベースのゲートテレポーテーションアプローチは、高忠実度ベル対を生成するために必要性能の量子相互接続が利用できることを前提として、本質的に指数的なサンプリングオーバーヘッドを発生させるものではない。
量子ビットのフォトニック絡み合いの最近の進歩は、回路切断技術に近づいた遠隔ゲート性能を実現するために必要な光リンクメトリクスに関する議論の動機となっている。
我々は、光リンク上の雑音マイクロ波-光(M2O)トランスデューサを介して絡み合った超伝導量子ビット間の雑音の多い遠隔ゲートをモデル化する。
我々はベル対の忠実度に付加したトランスデューサノイズ(N_{add}$)を取り入れ、雑音の多いベル対を遠隔CNOTゲートに注入する。
遠隔ゲートとゲートカットを用いたプロセッサモジュール間で発生するGHZ(Greenberger-Horne-Zeilinger)状態の比較シミュレーションを行った。
ノイズの多い遠隔ゲートがゲートカットと同等となるブレークフェアポイントを同定する。
本研究は,M2Oトランスデューサのノイズを10倍に減らすことで,回路切削の過大なサンプリングオーバーヘッドにより,遠隔ゲートによる多部交絡状態の生成が期待できることを示す。
我々の研究は、短期的な量子相互接続ハードウェアメトリクスを通知し、量子リンクと回路切断の両方を量子ランタイムの最小化に使用する、ネットワーク対応のハイブリッド量子古典分散計算アプローチを動機付けている。
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