論文の概要: Quantum Design Automation: Foundations, Challenges, and the Road Ahead

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.10479v1
• Date: Fri, 14 Nov 2025 01:53:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-14 22:53:22.885465
• Title: Quantum Design Automation: Foundations, Challenges, and the Road Ahead
• Title（参考訳）: 量子設計の自動化 - 基礎と課題と道の先
• Authors: Feng Wu, Jingzhe Guo, Tian Xia, Linghang Kong, Fang Zhang, Ziang Wang, Aochu Dai, Ziyuan Wang, Zhaohui Yang, Hao Deng, Kai Zhang, Zhengfeng Ji, Yuan Feng, Hui-Hai Zhao, Jianxin Chen,
• Abstract要約: 量子コンピューティングにおける全体論的設計の観点を提唱する。 本稿では,相互接続型計算手法とツールが協調して,エンドツーエンドの量子コンピュータ設計を実現する方法について述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.223805375181776
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum computing is transitioning from laboratory research to industrial deployment, yet significant challenges persist: system scalability and performance, fabrication yields, and the advancement of algorithms and applications. We emphasize that in building quantum computers -- spanning quantum chips, system integration, instruction sets, algorithms, and middleware such as quantum error correction schemes -- design is everywhere. In this paper, we advocate for a holistic design perspective in quantum computing, a perspective we argue is pivotal to unlocking innovative co-design opportunities and addressing the aforementioned key challenges. To equip readers with sufficient background for exploring co-optimization opportunities, we detail how interconnected computational methods and tools collaborate to enable end-to-end quantum computer design. This coverage encompasses critical stages -- such as chip layout design automation, high-fidelity system-level simulation, Hamiltonian derivation for quantum system modeling, control pulse simulation, decoherence analysis, and physical verification and testing -- followed by quantum instruction set design. We then proceed to quantum system and software development, including quantum circuit synthesis, quantum error correction and fault tolerance, and logic verification and testing. Through these discussions, we illustrate with concrete examples -- including co-optimizing quantum instruction sets with algorithmic considerations, customizing error correction circuits to hardware-specific constraints, and streamlining quantum chip design through tailored code design, among others. We hope that the detailed end-to-end design workflow as well as these examples will foster dialogue between the hardware and software communities, ultimately facilitating the translation of meaningful research findings into future quantum hardware implementations.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは実験室の研究から産業展開へと移行しているが、システムのスケーラビリティと性能、製造の収量、アルゴリズムとアプリケーションの進歩といった大きな課題が続いている。 量子チップ、システム統合、命令セット、アルゴリズム、そして量子エラー補正スキームのようなミドルウェアにまたがる量子コンピュータを構築する場合、設計は至る所にあると強調する。 本稿では、量子コンピューティングにおける全体論的設計の観点を提唱する。この視点は、革新的な共同設計の機会を解放し、上記の重要な課題に対処するために重要である。 協調最適化の機会を探るための十分なバックグラウンドを読者に提供するために,相互接続型計算手法とツールが協調してエンドツーエンドの量子コンピュータ設計を実現する方法について詳述する。 このカバレッジは、チップレイアウト設計の自動化、高忠実度システムレベルのシミュレーション、量子システムモデリングのためのハミルトン導出、制御パルスシミュレーション、デコヒーレンス解析、物理検証およびテストといった重要なステージを含む。その後、量子命令セットの設計に続き、量子回路合成、量子エラー補正、フォールトトレランス、論理検証、テストを含む量子システムとソフトウェア開発に進みます。これらの議論を通じて、アルゴリズムを考慮した量子命令セットの最適化、ハードウェア固有の制約へのエラー補正回路のカスタマイズ、カスタマイズされたコード設計による量子チップ設計の合理化など、具体的な例を示します。 これらの例と同様に、詳細なエンド・ツー・エンドの設計ワークフローが、ハードウェアとソフトウェアコミュニティ間の対話を促進し、究極的には、有意義な研究結果の将来の量子ハードウェア実装への翻訳を促進することを願っている。

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