論文の概要: QuCtrl-BELL: A Compiler-Driven Sub-Microsecond Feedback Control Stack for Scalable Trapped-Ion Quantum Experiments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.22433v1
- Date: Thu, 21 May 2026 12:59:24 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-22 16:35:42.262061
- Title: QuCtrl-BELL: A Compiler-Driven Sub-Microsecond Feedback Control Stack for Scalable Trapped-Ion Quantum Experiments
- Title（参考訳）: QuCtrl-BELL:スケーラブルトラップオン量子実験のためのコンパイラ駆動サブマイクロ秒フィードバックスタック
- Authors: Junpeng She, Ruoyu Yan, Zhizhen Qin, Zhanyu Li, Zhongtao Shen, Zichao Zhou, Binxiang Qi, Luming Duan,
- Abstract要約: QuCtrl-BELLは、トラップイオン量子制御のためのコンパイラ駆動のソフトウェアスタックである。
Python組み込みのドメイン固有言語(CFG)は6段階のトランスパイルパイプラインを通じて低下する。
クロスボード同期プロトコルは、ホストの介入なしに700ns未満のレイテンシでフィードバックループをサポートする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.9674381684480702
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: As trapped-ion quantum computing scales to larger qubit registers and more complex control protocols, classical control systems face a fundamental tradeoff: sub-microsecond board-level feedback requires tight hardware coupling, whereas maintainability and extensibility require clean, modular software abstractions. This paper presents QuCtrl-BELL (Bell), a compiler-driven software stack for trapped-ion quantum control. The design resolves this tradeoff by decoupling control flow -- including loops, branches, and synchronization -- from hardware state data. A Python-embedded domain-specific language (DSL) is lowered through a six-stage transpilation pipeline covering control flow graph (CFG) construction, static single-assignment (SSA) conversion, liveness analysis, and graph-coloring register allocation. The compiler generates deterministic distributed board-level programs and compact step-table data. A cross-board synchronization protocol supports feedback loops with latency below 700~ns without host intervention. Bell is deployed and evaluated on the QuCtrl-BELL platform (RISC-V + PXIe), demonstrating that a compiler-based infrastructure can provide programmability, deterministic timing, and modularity for scalable trapped-ion quantum control.
- Abstract（参考訳）: 閉じ込められたイオン量子コンピューティングがより大きな量子ビットレジスタやより複雑な制御プロトコルにスケールするにつれて、古典的な制御システムは根本的なトレードオフに直面している。
本稿では,トラップイオン量子制御のためのコンパイラ駆動ソフトウェアスタックQuCtrl-BELL(Bell)を提案する。
この設計は、制御フロー(ループ、ブランチ、同期を含む)をハードウェア状態データから切り離すことで、このトレードオフを解決する。
Python組み込みドメイン固有言語(DSL)は、制御フローグラフ(CFG)の構築、静的単一割り当て(SSA)変換、ライブネス分析、グラフカラー化レジスタアロケーションをカバーする6段階のトランスパイレーションパイプラインを通じて低下する。
コンパイラは、決定論的な分散ボードレベルプログラムと、コンパクトなステップテーブルデータを生成する。
クロスボード同期プロトコルは、ホストの介入なしに700~ns未満のレイテンシでフィードバックループをサポートする。
Bell は QuCtrl-BELL プラットフォーム (RISC-V + PXIe) 上にデプロイされ,コンパイラベースのインフラストラクチャがプログラム可能性,決定論的タイミング,モジュール性を提供して,スケーラブルなトラップオン量子制御を実現することを実証している。
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