論文の概要: Assessing the Role of Communication in Modular Multi-Core Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.11053v1
• Date: Mon, 13 Oct 2025 06:41:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-14 18:06:30.225091
• Title: Assessing the Role of Communication in Modular Multi-Core Quantum Systems
• Title（参考訳）: モジュール型マルチコア量子システムにおける通信の役割評価
• Authors: Maurizio Palesi, Enrico Russo, Giuseppe Ascia, Hamaad Rafique, Davide Patti, Vincenzo Catania, Sergi Abadal, Abhijit Das, Pau Escofet, Eduard Alarcon, Carmen G. Almudéver,
• Abstract要約: モジュラー量子コンピューティングアーキテクチャにおける古典的コミュニケーションの役割を評価するためのシミュレータであるqcommを紹介する。 我々は、古典的な通信帯域幅、相互接続型、および量子回路マッピング戦略が全体の実行時間に与える影響を定量化するために、広範囲にわたる実験的解析を行う。 以上の結果から,古典的コミュニケーションは一般的に実行時間に支配的な貢献者ではないが,最適化シナリオにおいてその影響がますます重要になっていることが示唆された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.18611202348891
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The scalability of quantum computing is constrained by the physical and architectural limitations of monolithic quantum processors. Modular multi-core quantum architectures, which interconnect multiple quantum cores (QCs) via classical and quantum-coherent links, offer a promising alternative to address these challenges. However, transitioning to a modular architecture introduces communication overhead, where classical communication plays a crucial role in executing quantum algorithms by transmitting measurement outcomes and synchronizing operations across QCs. Understanding the impact of classical communication on execution time is therefore essential for optimizing system performance. In this work, we introduce \qcomm, an open-source simulator designed to evaluate the role of classical communication in modular quantum computing architectures. \qcomm{} provides a high-level execution and timing model that captures the interplay between quantum gate execution, entanglement distribution, teleportation protocols, and classical communication latency. We conduct an extensive experimental analysis to quantify the impact of classical communication bandwidth, interconnect types, and quantum circuit mapping strategies on overall execution time. Furthermore, we assess classical communication overhead when executing real quantum benchmarks mapped onto a cryogenically-controlled multi-core quantum system. Our results show that, while classical communication is generally not the dominant contributor to execution time, its impact becomes increasingly relevant in optimized scenarios -- such as improved quantum technology, large-scale interconnects, or communication-aware circuit mappings. These findings provide useful insights for the design of scalable modular quantum architectures and highlight the importance of evaluating classical communication as a performance-limiting factor in future systems.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングのスケーラビリティは、モノリシック量子プロセッサの物理的およびアーキテクチャ上の制限によって制限される。 古典的および量子コヒーレントなリンクを介して複数の量子コア(QC)を相互接続するモジュール型マルチコア量子アーキテクチャは、これらの課題に対処するための有望な代替手段を提供する。 しかし、モジュラーアーキテクチャへの移行は通信オーバーヘッドを導入し、古典的な通信が量子アルゴリズムの実行において重要な役割を果たす。 したがって,システム性能の最適化には,従来のコミュニケーションが実行時間に与える影響を理解することが不可欠である。 本稿では,モジュール型量子コンピューティングアーキテクチャにおける古典的コミュニケーションの役割を評価するために設計された,オープンソースのシミュレータである \qcomm を紹介する。 \qcomm{}は、量子ゲートの実行、絡み合いの分布、テレポーテーションプロトコル、古典的な通信遅延の間の相互作用をキャプチャする、ハイレベルな実行とタイミングモデルを提供する。 我々は、古典的な通信帯域幅、相互接続型、および量子回路マッピング戦略が全体の実行時間に与える影響を定量化するために、広範囲にわたる実験的解析を行う。 さらに,低温制御型マルチコア量子システムにマッピングされた実量子ベンチマークの実行時の古典的通信オーバーヘッドを評価する。 我々の結果は、古典的なコミュニケーションは一般的に実行時間に支配的な貢献者ではないが、量子技術の改善、大規模相互接続、通信対応回路マッピングなど、最適化されたシナリオにおいて、その影響がますます重要になっていることを示している。 これらの知見は、スケーラブルなモジュラー量子アーキテクチャの設計に有用な洞察を与え、将来のシステムにおける性能制限要因として古典的コミュニケーションを評価することの重要性を強調している。

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