論文の概要: Two Layers, No Swaps: Biplanar SPOQC Architecture Improves Runtime of Fermi-Hubbard Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.05315v1
- Date: Wed, 06 May 2026 18:00:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-08 22:27:11.351799
- Title: Two Layers, No Swaps: Biplanar SPOQC Architecture Improves Runtime of Fermi-Hubbard Simulation
- Title（参考訳）: SPOQCアーキテクチャがFermi-Hubbardシミュレーションのランタイムを改善した2つのレイヤ
- Authors: Boris Bourdoncle, Peter-Jan Derks, Théo Dessertaine, Johannes Frank,
- Abstract要約: 二平面スピン光学量子コンピューティングアーキテクチャ上での2次元フェルミ・ハバードモデルのシミュレーションコストを推定する。
各平面内における格子手術とマジック状態準備のベンチマークを行った。
フォールバックに基づく回転合成法はスケーラビリティのボトルネックとなる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: We estimate the cost of simulating the two-dimensional Fermi-Hubbard model on a biplanar spin-optical quantum computing (SPOQC) architecture. Qubits are encoded in the honeycomb Floquet code, and we use a circuit-level noise model with explicit timings for each native physical operation. We benchmark lattice surgery and magic state preparation within each plane, and transversal CNOT gates between corresponding logical qubits across planes. We compile a plaquette-based Trotterization of the time evolution operator, mapping the two spin sectors of the Fermi-Hubbard model onto two physical planes. This architectural co-design eliminates fermionic swap operations and reduces the depth of each Trotter step to $4t_{\mathrm{synth}} + 90$ logical timesteps, where $t_\mathrm{synth}$ is the logical timestep cost of arbitrary-angle rotations, compared to $6t_\mathrm{synth} + 354$ in prior single-plane compilations. All error sources - algorithmic (Trotter), logical noise, magic state infidelity, and rotation synthesis - are treated jointly within a single 1% diamond norm budget. For an $L\times L$ lattice with hopping amplitude $t$ and on-site interaction strength $U$, setting $L=8$ and $U/t=8$, we estimate a total runtime of approximately $2$ hours using $1.35\times 10^6$ physical qubits. We find that fallback-based rotation synthesis methods become a scalability bottleneck: the probability that all $L^2$ parallel rotations succeed on the first attempt vanishes exponentially with system size, causing the failure branch to dominate the expected runtime already at moderate $L$.
- Abstract（参考訳）: 両平面スピン光学量子コンピューティング(SPOQC)アーキテクチャ上での2次元Fermi-Hubbardモデルのシミュレーションコストを推定する。
量子ビットはハニカムフロッケ符号に符号化されており、各ネイティブな物理操作に明確なタイミングを持つ回路レベルのノイズモデルを用いる。
我々は,各平面における格子手術とマジック状態準備のベンチマークを行い,平面を横断する論理量子ビット間を横切るCNOTゲートについて検討した。
時間発展作用素のプラケットに基づくトロッター化をコンパイルし、フェルミ・ハバードモデルの2つのスピンセクターを2つの物理的平面にマッピングする。
このアーキテクチャの共設計は、フェルミオンスワップ操作を排除し、各トロッターステップの深さを4t_{\mathrm{synth}} + 90$論理時間ステップに減らし、$t_\mathrm{synth}$は、以前の単葉コンパイルでは6t_\mathrm{synth} + 354$に対して、任意の角度回転の論理時間ステップコストである。
全てのエラー源(アルゴリズム(トロッター)、論理ノイズ、魔法の状態の不忠実さ、回転合成)は、単一の1%のダイヤモンド標準予算内で共同で扱われる。
L/t=8$と$U/t=8$を設定すると、$L\times L$格子は1.35\times 10^6$の物理量子ビットを用いて約2ドル時間と見積もる。
最初の試みで、全ての$L^2$並列回転が成功する確率は、システムサイズとともに指数関数的に消失し、障害分岐が既に期待されるランタイムを中程度の$L$で支配する。
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