論文の概要: Fidelity-Aware Frequency Allocation and Transpilation Co-Design for Tunable Coupler Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.21662v1
• Date: Wed, 20 May 2026 19:13:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-22 16:35:41.970274
• Title: Fidelity-Aware Frequency Allocation and Transpilation Co-Design for Tunable Coupler Quantum Systems
• Title（参考訳）: チューナブルカップラー量子系の忠実度を考慮した周波数割当と伝送共設計
• Authors: Dylan VanAllen, Evan McKinney, Israa G. Yusuf, Girgis Falstin, Gaurav Agarwal, Jason Pollack, Michael Hatridge, Alex K. Jones,
• Abstract要約: モジュールサイズと接続性の大きさがゲート忠実度に与える影響を示す。 本稿では,SWAP挿入による接続性を満たす高忠実度パスを選択することで,誤りを最小限に抑える,FINESSEと呼ばれるノイズ対応トランスパイル手法を提案する。 SNAILアーキテクチャでは、FINESSEは対数不整合コストを平均8.9%削減し、回路深さを6.8%削減する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.8770722854730313
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Frequency crowding is a fundamental limitation in superconducting quantum architectures, particularly in tunable-coupler systems. We present a framework that explicitly models both coherent spectator-induced errors and incoherent lifetime effects through an error budgeting approach. Using this model, we analyze how frequency crowding impacts gate fidelity as module size and connectivity scale, and formulate a constrained optimization problem to assign qubit and coupler frequencies under realistic separation and hardware constraints. We demonstrate scalable frequency allocation strategies that minimize spectator-induced errors. We further show that increasing qubit count and coupling density within a module leads to a fidelity-connectivity tradeoff. To explore the benefits at the system scale, we have developed a noise-aware transpilation approach called FINESSE, which minimizes error by selecting high-fidelity paths that satisfy connectivity via SWAP insertion while jointly optimizing downstream gate execution. We demonstrate this physics-informed architecture-transpilation co-design approach for a SNAIL-based third-order coupler that natively realizes the $\sqrt{iSWAP}$ basis with frequency aware gate fidelities. On SNAIL architectures, FINESSE achieves an average 8.9% reduction in log-infidelity cost and 6.8% reduction in circuit depth vs. SABRE. We also compare results on IBM Brisbane's architecture.
• Abstract（参考訳）: 周波数群集は超伝導量子アーキテクチャ、特にチューナブルカップラー系における基本的な制限である。 本稿では,コヒーレントオブザーバによるエラーと不整合寿命効果の両方を,エラー予算方式で明示的にモデル化するフレームワークを提案する。 このモデルを用いて,周波数群集がモジュールサイズおよび接続性尺度としてゲート忠実度に与える影響を解析し,実際の分離とハードウェア制約の下でキュービットとカプラの周波数を割り当てるための制約付き最適化問題を定式化する。 我々は、オブザーバによるエラーを最小限に抑えるスケーラブルな周波数割り当て戦略を実証する。 さらに、モジュール内の量子ビット数の増加と結合密度が、忠実結合性トレードオフをもたらすことを示す。 システム規模での利点を探るため,下流ゲートの実行を最適化しながら,SWAP挿入による接続性を満たす高忠実パスを選択することで,誤りを最小限に抑える,FINESSEと呼ばれるノイズ対応トランスパイル手法を開発した。 本研究では、SNAILをベースとした3階結合器の物理インフォームドアーキテクチャ-トランスパイル共設計手法を、周波数対応ゲート忠実度を用いた$\sqrt{iSWAP}$ベースでネイティブに実現した。 SNAILアーキテクチャでは、FINESSEは対数不整合コストを平均8.9%削減し、回路深さを6.8%削減する。 また、IBM Brisbaneのアーキテクチャの結果を比較します。

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