論文の概要: O3LS: Optimizing Lattice Surgery via Automatic Layout Searching and Loose Scheduling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.15099v1
• Date: Thu, 16 Apr 2026 14:57:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-17 21:29:31.962439
• Title: O3LS: Optimizing Lattice Surgery via Automatic Layout Searching and Loose Scheduling
• Title（参考訳）: O3LS:自動レイアウト検索とルーススケジューリングによる格子手術の最適化
• Authors: Chenghong Zhu, Xian Wu, Jiahan Chen, Keming He, Junjie Wu, Xin Wang, Lingling Lao,
• Abstract要約: 自動レイアウト探索とゆるいスケジューリングにより格子手術を最適化するフレームワークであるO3LSを紹介する。 O3LSは、空間要求を減らすために圧縮データレイアウトを自動的に生成することで最適なバランスを達成する。 従来のコンパイラと比べて最大1桁の論理誤差率を抑える。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.817665501901937
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Toward the large-scale, practical realization of quantum computing, quantum error correction is essential. Among various quantum error-correcting codes, the surface code stands out as a leading candidate, and lattice surgery based on surface codes has emerged as a promising technique for fault-tolerant quantum computation (FTQC). However, implementing quantum algorithms using lattice surgery introduces both resource and time overhead. Existing approaches typically focus on large layout designs, with compiler passes aimed primarily at optimizing time overhead. This often overlooks the trade-off between rotation bottlenecks and movement distance, which leads to inefficient resource utilization and prevents further reduction of the quantum computation failure rate. To address these challenges, we introduce O3LS, a framework for optimizing lattice surgery through automatic layout search and loose scheduling. O3LS achieves an optimal balance by automatically generating squeezed data layouts to reduce space requirements and employing loose scheduling algorithms combined with circuit synthesis techniques to reduce time overhead, thereby effectively minimizing overall logical error rates. Numerical results indicate that O3LS can reduce space overhead by 28.0% over standard layouts and 46.7% over sparse layouts without increasing the number of time steps, leading to suppression of logical error rates by up to 16% relative to larger data layout designs. O3LS can also achieve time overhead reductions of 36.07% and 24.76% in compact and standard data layout designs, respectively. It suppresses logical error rates by up to an order of magnitude compared to prior compilers that focus primarily on maximizing parallelism.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングの大規模で実用的な実現に向けて、量子エラー補正が不可欠である。 様々な量子誤り訂正符号のうち、表面符号は主要な候補として際立っており、表面符号に基づく格子手術は、フォールトトレラント量子計算(FTQC)の有望な技術として出現している。 しかし,格子演算を用いた量子アルゴリズムの実装には,資源と時間の両方のオーバーヘッドが伴う。 既存のアプローチは一般に大きなレイアウト設計に重点を置いており、コンパイラパスは主に時間オーバーヘッドの最適化を目的としている。 これはしばしば、回転ボトルネックと移動距離の間のトレードオフを見落とし、非効率な資源利用をもたらし、量子計算失敗率のさらなる低下を防ぐ。 これらの課題に対処するために,自動レイアウト探索とゆるいスケジューリングにより格子手術を最適化するフレームワークであるO3LSを紹介した。 O3LSは、圧縮データレイアウトを自動的に生成して空間要求を低減し、回路合成技術と組み合わせた緩やかなスケジューリングアルゴリズムを用いて時間オーバーヘッドを低減し、論理的エラー率を効果的に最小化することで最適なバランスを実現する。 数値的な結果から、O3LSは標準のレイアウトよりも28.0%、スパースレイアウトより46.7%のオーバヘッドを削減でき、より大きなデータレイアウトに比べて論理エラー率を最大16%削減できることがわかった。 O3LSは、それぞれ、コンパクトデータレイアウトと標準データレイアウトの設計において、36.07%と24.76%の時間オーバーヘッド削減を達成することができる。 これは、主に並列性を最大化することに焦点を当てた以前のコンパイラと比較して、論理エラー率を最大で1桁まで抑制する。

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