論文の概要: UNIQ: Communication-Efficient Distributed Quantum Computing via Unified Nonlinear Integer Programming

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.00401v1
• Date: Sat, 29 Nov 2025 09:07:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-02 19:46:34.222558
• Title: UNIQ: Communication-Efficient Distributed Quantum Computing via Unified Nonlinear Integer Programming
• Title（参考訳）: UNIQ: 統一非線形整数プログラミングによる通信効率の良い分散量子コンピューティング
• Authors: Hui Zhong, Jiachen Shen, Lei Fan, Xinyue Zhang, Hao Wang, Miao Pan, Zhu Han,
• Abstract要約: 分散量子コンピューティング(DQC)は、量子ハードウェアの限界を克服するための有望なアプローチとして広く見なされている。 既存のDQCアプローチでは、3つの重要なコンポーネント(キュービット割り当て、絡み合い管理、ネットワークスケジューリング)を独立したステージとして扱い、それぞれを独立して最適化する。 我々は,3つのコンポーネント全てを非線形整数プログラミング(NIP)モデルに統合する新しいDQC最適化フレームワークUNIQを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 29.635486335639524
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Distributed quantum computing (DQC) is widely regarded as a promising approach to overcome quantum hardware limitations. A major challenge in DQC lies in reducing the communication cost introduced by remote CNOT gates, which are significantly slower and more resource-consuming than local operations. Existing DQC approaches treat the three essential components (qubit allocation, entanglement management, and network scheduling) as independent stages, optimizing each in isolation. However, we observe that these components are inherently interdependent, and therefore adopting a unified optimization strategy can be more efficient to achieve the global optimal solutions. Consequently, we propose UNIQ, a novel DQC optimization framework that integrates all three components into a non-linear integer programming (NIP) model. UNIQ aims to reduce the circuit runtime by maximizing parallel Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) pair generation through the use of idle communication qubits, while simultaneously minimizing the communication cost of remote gates. To solve this NP-hard formulated problem, we adopt two key strategies: a greedy algorithm for efficiently mapping logical qubits to different QPUs, and a JIT (Just-In-Time) approach that builds EPR pairs in parallel within each time slot. Extensive simulation results demonstrate that our approach is widely applicable to diverse quantum circuits and QPU topologies, while substantially reducing communication cost and runtime over existing methods.
• Abstract（参考訳）: 分散量子コンピューティング(DQC)は、量子ハードウェアの限界を克服するための有望なアプローチとして広く見なされている。 DQCの大きな課題は、リモートCNOTゲートによる通信コストの削減である。 既存のDQCアプローチでは、3つの重要なコンポーネント(キュービット割り当て、絡み合い管理、ネットワークスケジューリング)を独立したステージとして扱い、それぞれを独立して最適化する。 しかし、これらのコンポーネントは本質的に相互依存しているため、統一最適化戦略を採用することで、グローバルな最適解を実現することができる。 そこで我々は,3つのコンポーネントすべてを非線形整数プログラミング(NIP)モデルに統合する新しいDQC最適化フレームワークUNIQを提案する。 UNIQは、アイドル通信キュービットを用いて並列Einstein-Podolsky-Rosen(EPR)ペア生成を最大化し、同時に遠隔ゲートの通信コストを最小化することで、回路ランタイムの削減を目指している。 このNP硬式化問題を解決するために、論理キュービットを異なるQPUに効率的にマッピングするgreedyアルゴリズムと、各タイムスロット内でEPRペアを並列に構築するJIT(Just-In-Time)アプローチの2つの主要な戦略を採用する。 大規模シミュレーションの結果,本手法は様々な量子回路やQPUトポロジに適用可能であり,既存の手法よりも通信コストと実行時間を大幅に削減できることがわかった。

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