論文の概要: Towards Deploying Optimistic Quantum Fourier Transforms: An Architecture-Algorithm Co-Design Study
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.15297v1
- Date: Thu, 14 May 2026 18:11:04 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-18 21:22:26.049493
- Title: Towards Deploying Optimistic Quantum Fourier Transforms: An Architecture-Algorithm Co-Design Study
- Title（参考訳）: 最適量子フーリエ変換の展開に向けて:アーキテクチャ-アルゴリズム共同設計研究
- Authors: Pedro L. S. Lopes,
- Abstract要約: 我々は、再構成可能な中性原子ハードウェアのための表面コードフォールトトレラント実行モデルの下で、OQFT(Optimistic Quantum Fourier Transform)のアーキテクチャと設計の共設計について述べる。
本分析では, 資源推定の主要因として, 反応制限操作と需要を同定し, プリミティブベースアーキテクチャ研究のための一般化可能な基盤を確立する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present an architecture-algorithm co-design study of the Optimistic Quantum Fourier Transform (OQFT) under a surface-code fault-tolerant execution model for reconfigurable neutral-atom hardware. Analyzing the OQFT structure, particularly its reliance on phase-gradient resources and small-scale blocks, highlights architectural requirements for resource mobility and parallel execution. Guided by that, we introduce a hot-zone architecture that decouples data storage from processing and dynamically routes mobile resource packages (magic-state factories, bridge qubits, and phase-gradient registers) to stationary data regions. To expose dominant costs, we route rotation insertions via catalytic phase-gradient addition and heuristically micro-schedule ripple-carry adders to patch-level moves. Under this model, leading Gidney~\cite{Gidney2018halvingcostof} and Cuccaro~\cite{cuccaro2004} adders have similar space-time volume but require different levels of parallelism. At the algorithm level, the five-layer OQFT shows a tunable parallelism/latency trade-off: two hot zones match serial-QFT latency, four hot zones roughly halve runtime, and additional hot zones asymptotically approach constant-time execution at substantial resource cost. Across 256-2048-bit instances, the requirements for half-time performance converge to about 500 additional logical ancillae and a peak parallelism of 128 logical qubits. We also identify broader algorithm-architecture bottlenecks, including endianness mismatches between phase-gradient and data registers, addressed via cyclic phase-gradient swaps and alternating QFT reflections. Scoped to surface codes and cultivation-only magic-state factories, our analysis identifies reaction-limited operation and parallelism demand as primary drivers of resource estimation and establishes a generalizable foundation for primitive-based architectural studies.
- Abstract（参考訳）: 我々は、再構成可能な中性原子ハードウェアのための表面コードフォールトトレラント実行モデルの下で、OQFT(Optimistic Quantum Fourier Transform)のアーキテクチャ・アルゴリズムの共同設計について述べる。
OQFT構造の解析、特に位相勾配のリソースと小さなブロックへの依存は、リソースモビリティと並列実行のためのアーキテクチャ要件を強調している。
そこで我々は,データストレージを処理から切り離し,移動資源パッケージ(磁気状態工場,ブリッジキュービット,位相勾配レジスタ)を定常データ領域に動的にルーティングするホットゾーンアーキテクチャを導入する。
主なコストを明らかにするため, 触媒相の段階的な付加と, ヒューリスティックなマイクロスケジュールリップルキャリー加算器による回転挿入をパッチレベルの移動に導いた。
このモデルの下では、Gidney~\cite{Gidney2018halving Costof} と Cuccaro~\cite{cuccaro2004} の加算器は時空体積に類似しているが、異なるレベルの並列性を必要とする。
2つのホットゾーンはシリアル-QFTレイテンシに一致し、4つのホットゾーンはランタイムをほぼ半分にし、追加のホットゾーンは、かなりのリソースコストで漸近的に定時実行にアプローチする。
256-2048ビットのインスタンスでは、ハーフタイム性能の要求は500以上の論理アンシラと128の論理量子ビットのピーク並列性に収束する。
また、周期的な位相勾配スワップやQFTリフレクションの交互化による位相勾配とデータレジスタ間の不一致を含む、より広範なアルゴリズム構造ボトルネックも同定する。
本分析では, 表面コードや栽培のみのマジックステートファクトリを用いて, 資源推定の原動力として, 反応制限操作と並列化需要を同定し, プリミティブベースアーキテクチャ研究の一般化基盤を確立する。
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