論文の概要: Bounded-depth spacetime lattice surgery for resource-efficient fault-tolerant quantum computation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.21192v1
- Date: Fri, 19 Jun 2026 08:03:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-26 07:33:25.469434
- Title: Bounded-depth spacetime lattice surgery for resource-efficient fault-tolerant quantum computation
- Title（参考訳）: 資源効率なフォールトトレラント量子計算のための境界深さ時空間格子手術
- Authors: Kou Hamada, Hiroki Hamaguchi, Yosuke Ueno, Yasunari Suzuki, Teruo Tanimoto, Nobuyuki Yoshioka,
- Abstract要約: 格子手術に基づくフォールトトレラント量子コンピューティングは、低時空オーバーヘッドでプレース・アンド・ルートのコンパイルを必要とする。
2つの連続時間スライスを用いた時空間ラッピング法である二重スライスルーティングを導入する。
ハミルトンシミュレーションのワークロードで得られたコンパイラを数値的にベンチマークし、二重スライスルーティングが単一スライスベースラインに対して最大2.4倍のコンパイルコストを削減できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.22166578153935787
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Fault-tolerant quantum computing based on lattice surgery requires place-and-route compilation with low spacetime overhead. Routing, in particular, faces a basic tension between suppressing path conflicts through greater spatial allocation and exploiting the time direction to realize ancilla-efficient spacetime routing. Existing approaches do not fully resolve this trade-off while retaining compatibility with inner factory layouts and termination guarantees. Here we introduce double-slice routing, a constant-depth spacetime-routing method that uses two consecutive time slices with a guarantee that its kink-parity correction terminates under both planar and stacked architectures. We numerically benchmark the resulting compiler on Hamiltonian-simulation workloads to show that double-slice routing reduces compilation cost by up to a factor of 2.4 over a single-slice baseline. Compared to projective routing, an existing method that allows an unbounded number of time slices per path, double-slice routing achieves smaller circuit volume with only a marginal execution-time penalty. Combined with a cultivation-compatible mapping optimization, the overall improvement reaches up to 7.5-fold over a naive single-slice compilation baseline. These results identify double-slice routing as a practically useful operating point in lattice-surgery compilation and show the substantial benefit in joint optimization of mapping and routing.
- Abstract（参考訳）: 格子手術に基づくフォールトトレラント量子コンピューティングは、低時空オーバーヘッドでプレース・アンド・ルートのコンパイルを必要とする。
特にルーティングは、より空間的な割り当てを通じて経路の衝突を抑制することと、アシラ効率の時空ルーティングを実現するために時間方向を利用するという基本的な緊張に直面している。
既存のアプローチでは、内部のファクトリレイアウトと終了保証との互換性を維持しながら、このトレードオフを完全に解決することはできません。
ここでは, 2 つの連続時間スライスを用いて, 平面構造と積層構造の両方において, クリンクパリティ補正が終了することを保証した, 時空ラッピング方式である二重スライスルーティングを導入する。
ハミルトンシミュレーションのワークロードで得られたコンパイラを数値的にベンチマークし、二重スライスルーティングが単一スライスベースラインに対して最大2.4倍のコンパイルコストを削減できることを示す。
プロジェクティブルーティングと比較して、経路毎の非有界時間スライスを可能にする既存の手法では、二重スライスルーティングは、実行時ペナルティの限界しか持たない小さな回路ボリュームを達成する。
栽培互換のマッピング最適化と組み合わせて、全体的な改善は、単純な単一スライスコンパイルベースラインよりも7.5倍にも達する。
これらの結果から, 二重スライス・ルーティングは格子・サージェリー・コンパイルにおいて実用上有用な操作点であり, マッピングとルーティングの協調最適化における大きな利点を示す。
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