論文の概要: qstack: Compositional End-to-End Compilation for Fault-Tolerant Quantum Programs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.16595v1
• Date: Fri, 15 May 2026 19:57:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-19 17:57:46.789757
• Title: qstack: Compositional End-to-End Compilation for Fault-Tolerant Quantum Programs
• Title（参考訳）: qstack: フォールトトレラント量子プログラムのための構成終端コンパイル
• Authors: Andres Paz, Dan Grossman,
• Abstract要約: qstackは、古典論理がコールバックを通してのみアクセスされる純粋に量子的な中間表現を中心に構築されたコンパイラフレームワークである。 本稿では,Cliffordゲートを経由した高レベルゲートから,ビットフリップと位相フリップを繰り返したトラップイオンネイティブ操作へのエンドツーエンドコンパイルについて述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1254231171451319
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Compiling quantum programs for fault-tolerant execution requires transforming high-level operations through multiple abstraction layers: from logical gates to error-corrected encodings to hardware-native instructions. A key challenge is that quantum error correction turns purely quantum programs into hybrid quantum-classical programs, where classical feedback from syndrome measurements drives quantum corrections at runtime. Existing compilation frameworks handle these quantum and classical components separately, requiring manual adaptation of classical logic at each compilation stage, all while preserving program semantics. We present qstack, a compiler framework built around a purely quantum intermediate representation in which classical logic is accessed only through opaque callbacks, written in any classical language. The framework's central mechanism, callback wrapping, enables compositional compilation: each compiler pass automatically adapts both quantum operations and their associated classical callbacks, and any kernel dynamically generated by a callback is compiled through the full pipeline. This allows ISA translation and quantum error correction to be expressed as composable compiler passes, including concatenation of error-correcting codes, without manual intervention. We demonstrate end-to-end compilation from a high-level gate set through Clifford gates to trapped-ion native operations, with bit-flip and phase-flip repetition codes, the Steane code, and the Shor code obtained by composing two repetition passes.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラントな実行のために量子プログラムをコンパイルするには、論理ゲートからエラー訂正エンコーディング、ハードウェアネイティブな命令に至るまで、複数の抽象化レイヤを通じてハイレベルな操作を変換する必要がある。 量子エラー補正の重要な課題は、純粋に量子プログラムを、シンドローム測定による古典的なフィードバックが実行時に量子修正を駆動するハイブリッド量子古典プログラムに変換することである。 既存のコンパイルフレームワークは、これらの量子および古典的コンポーネントを別々に扱い、プログラムのセマンティクスを保ちながら、各コンパイル段階で古典論理を手動で適用する必要がある。 qstackは、古典論理が任意の古典言語で記述された不透明なコールバックを通してのみアクセスされる純粋に量子的な中間表現に基づいて構築されたコンパイラフレームワークである。 各コンパイラは量子演算と関連する古典的コールバックの両方を自動で適用し、コールバックによって動的に生成されたカーネルは完全なパイプラインを通してコンパイルされる。 これにより、ISA翻訳と量子エラー訂正は、手動で介入することなく、エラー訂正コードの結合を含む構成可能なコンパイラパスとして表現できる。 本稿では,クリフォードゲートを経由した高レベルゲートからトラップイオンネイティブ操作,ビットフリップと位相フリップの繰り返し符号,ステアン符号,2つの繰り返しパスを合成したショア符号までのエンドツーエンドのコンパイルについて述べる。

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