論文の概要: Instruction-Set Architecture for Programmable NV-Center Quantum Repeater Nodes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.14995v1
- Date: Mon, 16 Feb 2026 18:26:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-17 16:22:50.578522
- Title: Instruction-Set Architecture for Programmable NV-Center Quantum Repeater Nodes
- Title（参考訳）: プログラム可能なNV中心量子リピータノードのための命令セットアーキテクチャ
- Authors: Vinay Kumar, Claudio Cicconetti, Riccardo Bassoli, Marco Conti, Andrea Passarella,
- Abstract要約: 本稿では,窒素空き中心量子リピータノードの制御プログラム性向上のための命令セットアーキテクチャ(ISA)を提案する。
i) 決定論的レジスタ制御、(i) 核レジスタが基本状態にあるデータキュービット上の特定の操作を選択するためのコヒーレントレジスタ制御、(ii) レジスタが重ね合わせで準備されるコヒーレントレジスタ制御、そして、古典的なプログラム可能性を超えた操作のコヒーレントな組み合わせを可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.752787831933939
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Programmability is increasingly central in emerging quantum network software stacks, yet the node-internal controller-to-hardware interface for quantum repeater devices remains under-specified. We introduce the idea of an instruction-set architecture (ISA) for controller-driven programmability of nitrogen-vacancy (NV) center quantum repeater nodes. Each node consists of an optically interfaced electron spin acting as a data qubit and a long-lived nuclear-spin register acting as a control program. We formalize two modes of programmability: (i) deterministic register control, where the nuclear register is initialized in a basis state to select a specific operation on the data qubit; and (ii) coherent register control, where the register is prepared in superposition, enabling coherent combinations of operations beyond classical programmability. Network protocols are expressed as controller-issued instruction vectors, which we illustrate through a compact realization of the BBPSSW purification protocol. We further show that coherent register control enables interferometric diagnostics such as fidelity witnessing and calibration, providing tools unavailable in classical programmability. Finally, we discuss scalability to multi-electron and multi-nuclear spin architectures and connection to Linear combination of unitaries (LCU) and Kraus formulation.
- Abstract（参考訳）: プログラマビリティは、新興の量子ネットワークソフトウェアスタックにおいてますます中心的になってきていますが、量子リピータデバイスのためのノード内部コントローラからハードウェアインターフェースは、まだ未定義のままです。
本稿では,NV中心量子リピータノードの制御制御性を考慮した命令セットアーキテクチャ(ISA)を提案する。
各ノードは、データキュービットとして働く光界面電子スピンと、制御プログラムとして働く長寿命の核スピンレジスタから構成される。
プログラム可能性の2つのモードを形式化する。
一 核レジスタを基本状態に初期化し、データキュービット上の特定の操作を選択する決定論的レジスタ制御
(ii)コヒーレントレジスタ制御は、レジスタが重ね合わせで準備され、古典的プログラマビリティを超える操作のコヒーレントな組み合わせを可能にする。
ネットワークプロトコルは、BBPSSW浄化プロトコルのコンパクトな実現を通して、コントローラ発行命令ベクトルとして表現される。
さらに、コヒーレントレジスタ制御は、フィデリティの目撃や校正などの干渉計測診断を可能にし、古典的プログラマビリティでは利用できないツールを提供することを示す。
最後に、多電子・多核スピンアーキテクチャのスケーラビリティと、ユニタリ(LCU)とクラウスの定式化との接続について論じる。
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