論文の概要: Lattice Surgery Aware Resource Analysis for the Mapping and Scheduling of Quantum Circuits for Scalable Modular Architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.21885v1
• Date: Wed, 26 Nov 2025 20:08:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-01 19:47:55.283228
• Title: Lattice Surgery Aware Resource Analysis for the Mapping and Scheduling of Quantum Circuits for Scalable Modular Architectures
• Title（参考訳）: スケーラブルモジュールアーキテクチャのための量子回路のマッピングとスケジューリングのための格子手術
• Authors: Batuhan Keskin, Cameron Afradi, Sylvain Lovis, Maurizio Palesi, Pau Escofet, Carmen G. Almudever, Edoardo Charbon,
• Abstract要約: 量子コンピューティングプラットフォームは、単一のコアに大量の量子ビットを配置する点へと進化している。 我々は、任意の量子回路をQiskitを使ってゲートセットにトランスパイルし、量子ビットを分割できるフレームワークを開発する。 本稿では,古典通信の回数,EPRペア数とマジックステート数,前処理と後処理のタイミングオーバーヘッドなどの統計データを報告する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.566848881167754
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum computing platforms are evolving to a point where placing high numbers of qubits into a single core comes with certain difficulties such as fidelity, crosstalk, and high power consumption of dense classical electronics. Utilizing distributed cores, each hosting logical data qubits and logical ancillas connected via classical and quantum communication channels, offers a promising alternative. However, building such a system for logical qubits requires additional optimizations, such as minimizing the amount of state transfer between cores for inter-core two-qubit gates and optimizing the routing of magic states distilled in a magic state factory. In this work, we investigate such a system and its statistics in terms of classical and quantum resources. First, we restrict our quantum gate set to a universal gate set consisting of CNOT, H, T, S, and Pauli gates. We then developed a framework that can take any quantum circuit, transpile it to our gate set using Qiskit, and then partition the qubits using the KaHIP graph partitioner to balanced partitions. Afterwards, we built an algorithm to map these graphs onto the 2D mesh of quantum cores by converting the problem into a Quadratic Assignment Problem with Fixed Assignment (QAPFA) to minimize the routing of leftover two-qubit gates between cores and the total travel of magic states from the magic state factory. Following this stage, the gates are scheduled using an algorithm that takes care of the timing of the gate set. As a final stage, our framework reports detailed statistics such as the number of classical communications, the number of EPR pairs and magic states consumed, and timing overheads for pre- and post- processing for inter-core state transfers. These results help to quantify both classical and quantum resources that are used in distributed logical quantum computing architectures.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングプラットフォームは、高数の量子ビットを単一のコアに配置する点へと進化し、高密度な古典電子製品の忠実性、クロストーク、高消費電力化といった問題が発生する。 分散コアを利用することで、論理データキュービットと論理アンシラを古典的および量子的通信チャネルを介して接続することで、有望な代替手段を提供する。 しかし、論理量子ビットのシステムを構築するには、コア間の2量子ビットゲート間の状態伝達量を最小化し、マジックステートファクトリーで蒸留されたマジックステートのルーティングを最適化するなど、さらなる最適化が必要である。 本研究では,古典的および量子的資源の観点から,そのようなシステムとその統計について検討する。 まず、我々の量子ゲート集合を CNOT, H, T, S, Pauli ゲートからなる普遍ゲート集合に制限する。 そこで我々は、任意の量子回路をQiskitを使ってゲートセットにトランスパイルし、KaHIPグラフパーティショナを使用してキュービットを分割してバランスの取れたパーティショナに分割するフレームワークを開発した。 その後、これらのグラフを量子コアの2次元メッシュにマッピングするアルゴリズムを構築し、問題をQAPFA(Quadratic Assignment Problem with Fixed Assignment)に変換することで、コア間の残余2ビットゲートのルーティングを最小化し、マジックステートファクトリからのマジックステートの総移動を最小化する。 この段階に続いて、ゲートセットのタイミングを管理するアルゴリズムを用いて、ゲートをスケジュールする。 最終段階として、我々のフレームワークは、古典的通信数、EPRペアとマジックステートの消費数、コア間状態転送における前処理と後処理のタイミングオーバーヘッドなどの詳細な統計データを報告している。 これらの結果は、分散論理量子コンピューティングアーキテクチャで使用される古典的リソースと量子的リソースの両方を定量化するのに役立つ。

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