論文の概要: Logical-to-Physical Compilation for Reducing Depth in Distributed Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.29536v1
• Date: Tue, 31 Mar 2026 10:19:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-01 15:25:03.54102
• Title: Logical-to-Physical Compilation for Reducing Depth in Distributed Quantum Systems
• Title（参考訳）: 分散量子システムにおける深さ削減のための論理-物理計算
• Authors: Folkert de Ronde, Stephan Wong, Sebastian Feld,
• Abstract要約: 本稿では、量子回路の実行コストを削減するために、論理-物理分解と深度を考慮した再スケジューリングを統合するコンパイラを提案する。 論理的等価性を保ちながら、可能な限り並列性を保証し、回路深さを増大させないアルゴリズムが提案されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7856998585396422
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum computing is expected to become a foundational technology for solving problems that exceed the capabilities of classical systems. As quantum algorithms and hardware technologies continue to advance, the need for scalable architectures becomes increasingly clear. Distributed quantum computing offers a promising path forward by interconnecting multiple smaller processors into a larger, more powerful system. However, distributed quantum computing introduces significant circuit depth overhead, as logical operations are typically decomposed into sequential physical procedures that require entanglement generation. These sequential operations limit the reliability of quantum algorithms in the NISQ era due to noise. In this work, we present a compiler that integrates logical-to-physical decomposition with depth-aware rescheduling to reduce the execution cost of distributed quantum circuits. The compiler identifies sequences of logical CNOT gates that share a control or target qubit, reschedules them into parallel instruction groups, and applies decompositions that allow multiple gates to be executed simultaneously using distributed shared entanglement resources. An algorithm is proposed that ensures parallelism is created when possible while keeping logical equivalence and that circuit depth is never increased. Benchmark results demonstrate that the compiler consistently reduces circuit depth for circuits containing inherently sequential CNOT structures, while leaving already-parallel circuits unchanged. These results highlight the value of combining scheduling and hardware-aware decomposition, and establish the compiler as a practical tool for improving the fidelity of distributed quantum computations.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、古典的なシステムの能力を超える問題を解決するための基礎技術として期待されている。 量子アルゴリズムとハードウェア技術が進歩し続ければ、スケーラブルなアーキテクチャの必要性はますます明確になる。 分散量子コンピューティングは、複数の小さなプロセッサをより大きな、より強力なシステムに相互接続することで、将来的な経路を提供する。 しかし、分散量子コンピューティングは、論理演算が典型的には絡み合いの発生を必要とするシーケンシャルな物理手順に分解されるため、回路深さのオーバーヘッドがかなり大きい。 これらのシーケンシャルな操作はノイズによるNISQ時代の量子アルゴリズムの信頼性を制限する。 本研究では,分散量子回路の実行コストを低減するために,論理-物理分解と深度を考慮した再スケジューリングを統合するコンパイラを提案する。 コンパイラは、制御またはターゲットキュービットを共有する論理的CNOTゲートのシーケンスを特定し、それらを並列命令グループに再スケジュールし、分散共有エンタングルメントリソースを使用して複数のゲートを同時に実行できる分解を適用する。 論理的等価性を保ちながら、可能な限り並列性を保証し、回路深さを増大させないアルゴリズムが提案されている。 ベンチマークの結果、コンパイラは本質的にシーケンシャルなCNOT構造を含む回路の回路深さを一定に減らし、既に並列な回路をそのまま残すことを示した。 これらの結果は,スケジューリングとハードウェアを意識した分解との組み合わせの価値を強調し,分散量子計算の忠実性を向上させるための実用的なツールとしてコンパイラを確立した。

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