論文の概要: Logical Compilation for Multi-Qubit Iceberg Patches

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.09956v1
• Date: Fri, 10 Apr 2026 23:31:03 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-14 20:13:15.764327
• Title: Logical Compilation for Multi-Qubit Iceberg Patches
• Title（参考訳）: マルチキュービットアイスバーグパッチの論理的コンパイル
• Authors: Cordell Mazzetti, Sayam Sethi, Rich Rines, Pranav Gokhale, Jonathan Mark Baker,
• Abstract要約: プログラムキュービットを高速符号の論理キュービットにマッピングする問題について検討する。 この問題に対処するフレームワークを2つ提案する。 私たちのコンパイラは、ハイレートコードのマッピングとコンパイルを最初に検討する作業です。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9221237159787892
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recent advancements in quantum computing have enabled practical use of quantum error detecting and correcting codes. However, current architectures and future proposals of quantum computer design suffer from limited qubit counts, necessitating the use of high-rate codes. Such codes, with their code parameters denoted as $[[n, k, d]]$, have more than $1$ logical qubit per code (i.e., $k > 1$). This leads to reduced error tolerance of the code, since $\lceil (d-1)/2\rceil$ errors on any of the $n$ physical qubits can affect the logical state of all $k$ logical qubits. Therefore, it becomes critical to optimally map the input qubits of a quantum circuit to these codes, in such a way that the circuit fidelity is maximized. \par However, the problem of mapping program qubits to logical qubits for high-rate codes has not been studied in prior work. A brute force search to find the optimal mapping is super exponential (scaling as $O(n!)$, where $n$ is the number of input qubits), making exhaustive search infeasible past a small number of qubits. We propose a framework that addresses this problem on two fronts: (1) for any given mapping, it performs logical-to-physical compilation that translates input gates into efficiently encoded implementations utilizing Hadamard commutation and gate merging; and (2) it quickly searches the space of possible mappings through a merge-optimizing, noise-biased packing heuristic that identifies high-performing qubit assignments without exhaustive enumeration. To the best of our knowledge, our compiler is the first work to explore mapping and compilation for high-rate codes. Across 71 benchmark circuits, we reduce circuit depth by $34\%$, gate counts by up to $31\%$ and $17\%$ for one-qubit and two-qubit gates, and improve total variation distance by $1.75\times$, with logical selection rate improvements averaging $86\%$ relative to naive compilation.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの最近の進歩は、量子エラー検出と訂正符号の実用化を可能にしている。 しかし、現在のアーキテクチャと将来の量子コンピュータ設計の提案は、量子ビット数に制限があり、高速コードを使用する必要がある。 コードパラメータが $[[n, k, d]]$ であるようなコードは、1コードあたり1ドル以上の論理キュービットを持つ(つまり$k > 1$)。 これは、$\lceil (d-1)/2\rceil$エラーが$n$物理量子ビットの任意の論理状態に影響を及ぼすため、コードのエラー耐性を低下させる。 したがって、量子回路の入力量子ビットをこれらの符号に最適にマッピングすることが重要となり、回路の忠実度が最大になる。 しかし、プログラムキュービットを高速符号の論理キュービットにマッピングする問題は、これまでの研究では研究されていない。 最適写像を見つけるためのブルートフォースサーチは超指数関数的($O(n!)$、$n$は入力量子ビットの数である)であり、少数の量子ビットを過ぎて徹底的な探索が不可能である。 本稿では,(1)任意のマッピングに対して,入力ゲートを効率よく符号化した実装に変換する論理的-物理的コンパイルを行うフレームワークを提案する。 私たちの知る限りでは、私たちのコンパイラは、ハイレートコードのマッピングとコンパイルを最初に検討する作業です。 71のベンチマーク回路で、回路深さを34 %、ゲートカウントを31 %、1 キュービットと2 キュービットのゲートで最大17 %、総変動距離を1 75 タイムで改善する。

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