論文の概要: Parallelizing Program Execution on Distributed Quantum Systems via Compiler/Hardware Co-Design
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.14306v1
- Date: Tue, 18 Nov 2025 10:05:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-19 16:23:53.042638
- Title: Parallelizing Program Execution on Distributed Quantum Systems via Compiler/Hardware Co-Design
- Title（参考訳）: コンパイラ/ハードウェア共同設計による分散量子システムの並列化プログラム実行
- Authors: Folkert de Ronde, Alexander Knapen, Stephan Wong, Sebastian Feld,
- Abstract要約: 本稿では,分散量子システム上での量子アルゴリズムの実行を強化する新しい手法を提案する。
提案手法は、並列命令実行をサポートするハードウェア設計と、並列処理の機会を増やすために命令の順序を変更するコンパイラの開発を含む。
結果は、ベースラインのシリアル実行モデルと比較して、最大平均速度16.5x、最大シングルベンチマーク速度56.2xを達成するという大きなスピードアップを示している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 39.81714981855818
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: As quantum computers continue to improve and support larger, more complex computations, smart control hardware and compilers are needed to efficiently leverage the capabilities of these systems. This paper introduces a novel approach to enhance the execution of quantum algorithms on distributed quantum systems. The proposed method involves the development of a hardware design that supports parallel instruction execution and a compiler that modifies the order of instructions to increase parallelism opportunities. The hardware design can be flexibly configured to facilitate parallel execution of instructions that have identical parameters. Furthermore, the compiler uses the underlying hardware constraints to intelligently reorder and decompose instructions to avoid dependencies. The compiler, hardware, and their combination are evaluated using a runtime calculator and a benchmark quantum algorithm set. The results demonstrate a significant speedup, achieving a maximum average speedup of 16.5x and a maximum single-benchmark speedup of 56.2x relative to a baseline, serial execution model. Furthermore, we show a speedup can be obtained across all benchmarks using any of the proposed hardware schemes, although the degree of speedup is largely dependent on the type of quantum algorithm. Taken together, the results of this paper represent a significant step towards realizing high-performance quantum computing systems.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは、より大きく、より複雑な計算の改善とサポートを続けており、これらのシステムの能力を効率的に活用するためには、スマート制御ハードウェアとコンパイラが必要である。
本稿では,分散量子システム上での量子アルゴリズムの実行を強化する新しい手法を提案する。
提案手法は、並列命令実行をサポートするハードウェア設計と、並列処理の機会を増やすために命令の順序を変更するコンパイラの開発を含む。
ハードウェア設計は、同じパラメータを持つ命令の並列実行を容易にするように柔軟に構成することができる。
さらに、コンパイラは基盤となるハードウェア制約を使用して、依存関係を避けるために命令をインテリジェントに並べ替え、分解する。
コンパイラ、ハードウェア、およびそれらの組み合わせは、実行時電卓とベンチマーク量子アルゴリズムセットを用いて評価される。
結果は、ベースラインのシリアル実行モデルと比較して、最大平均速度16.5x、最大シングルベンチマーク速度56.2xを達成するという大きなスピードアップを示している。
さらに,提案したハードウェアスキームのどれかを用いて,すべてのベンチマークでスピードアップが得られることを示すが,スピードアップの程度は量子アルゴリズムの種類に大きく依存する。
本研究の結果は,高性能量子コンピューティングシステムの実現に向けた重要な一歩である。
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