論文の概要: Instruction-Directed MAC for Efficient Classical Communication in Scalable Multi-Chip Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.27273v1
• Date: Fri, 31 Oct 2025 08:29:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-03 17:52:16.037422
• Title: Instruction-Directed MAC for Efficient Classical Communication in Scalable Multi-Chip Quantum Systems
• Title（参考訳）: スケーラブルマルチチップ量子システムにおける効率的な古典通信のための命令指向MAC
• Authors: Maurizio Palesi, Enrico Russo, Hamaad Rafique, Giuseppe Ascia, Davide Patti, Abhijit Das, Sergi Abadal,
• Abstract要約: 低温環境下での古典的な通信を実現するための無線ネットワークオンチップについて検討する。 命令指向トークンMAC(ID-MAC)をコンパイル時に送信スケジュールを事前に定義する。 また,ID-MACは従来の通信時間を最大70%削減し,実行時間を最大30～70%短縮すると共に,システムコヒーレンスを効果的に拡張することを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.674107265989309
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Scalable quantum computing requires modular multi-chip architectures integrating multiple quantum cores interconnected through quantum-coherent and classical links. The classical communication subsystem is critical for coordinating distributed control operations and supporting quantum protocols such as teleportation. In this work, we consider a realization based on a wireless network-on-chip for implementing classical communication within cryogenic environments. Traditional token-based medium access control (MAC) protocols, however, incur latency penalties due to inefficient token circulation among inactive nodes. We propose the instruction-directed token MAC (ID-MAC), a protocol that leverages the deterministic nature of quantum circuit execution to predefine transmission schedules at compile time. By embedding instruction-level information into the MAC layer, ID-MAC restricts token circulation to active transmitters, thereby improving channel utilization and reducing communication latency. Simulations show that ID-MAC reduces classical communication time by up to 70% and total execution time by up to 30-70%, while also extending effective system coherence. These results highlight ID-MAC as a scalable and efficient MAC solution for future multi-chip quantum architectures.
• Abstract（参考訳）: スケーラブルな量子コンピューティングは、量子コヒーレントおよび古典的リンクを介して相互接続された複数の量子コアを統合するモジュラーマルチチップアーキテクチャを必要とする。 古典的な通信サブシステムは、分散制御操作をコーディネートし、テレポーテーションのような量子プロトコルをサポートするために重要である。 本研究では、低温環境下での古典的な通信を実現するための無線ネットワークオンチップに基づく実現法を検討する。 しかし、従来のトークンベースのメディアアクセス制御(MAC)プロトコルは、非アクティブノード間の非効率なトークンの循環に起因する遅延ペナルティを発生させる。 本稿では,命令指向トークンMAC(ID-MAC)を提案する。これは,量子回路の実行の決定論的性質を利用して,コンパイル時に送信スケジュールを事前に定義するプロトコルである。 MAC層に命令レベル情報を埋め込むことで、ID-MACはトークンの循環をアクティブな送信機に制限し、チャネル利用の改善と通信遅延の低減を図る。 シミュレーションにより、ID-MACは従来の通信時間を最大70%削減し、総実行時間を最大30～70%短縮すると同時に、効果的なシステムコヒーレンスも拡張することを示した。 これらの結果は、将来のマルチチップ量子アーキテクチャのためのスケーラブルで効率的なMACソリューションとしてID-MACを強調している。

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