論文の概要: Vectorizing Quantum Control: A RISC-V Vector Extension Architecture for Scalable Qubit Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.07372v1
• Date: Wed, 08 Jul 2026 13:05:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-09 22:50:30.387313
• Title: Vectorizing Quantum Control: A RISC-V Vector Extension Architecture for Scalable Qubit Systems
• Title（参考訳）: 量子制御のベクトル化:スケーラブルな量子ビットシステムのためのRISC-Vベクトル拡張アーキテクチャ
• Abstract要約: 本稿では RISC-V Vector (RVV) エンジンをベースとしたベクトル化量子制御手法を提案する。 我々の手法は1つの命令で最大128キュービットに対処できる。 また、パラメータ化された回転情報を命令セットに埋め込んで、ハイブリッド量子古典プログラムにおけるゲート回転の動的チューニングを可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.0813246384068242
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The Quantum Control Processor (QCP) bridges the gap between compiler toolchains and control electronics, and is responsible for translating compiled quantum circuits into executable instructions that directly manipulate qubits and handle measurement feedback. However, existing designs rely primarily on customized instruction sets, limiting design reuse and requiring significant effort to build supporting toolchains. Furthermore, efficiently addressing qubits and scheduling operations in highly scalable scenarios remains a critical challenge. In this work, we present a vectorized quantum control approach built upon the RISC-V Vector (RVV) engine with a quantum-oriented extension. Leveraging the high parallelism of RVV, our approach can address up to 128 qubits in a single instruction. We also embed parameterized rotation information into the instruction set, enabling dynamic tuning of gate rotations in hybrid quantum-classical programs. To support mid-circuit measurements, we design a hardware-based halt-resume protocol that resumes pipeline execution within 80 $ns$ of receiving the measurement result. Comprehensive evaluation using both RISC-V toolchains and FPGA prototypes demonstrates that our design achieves up to 2.52$\times$ speedup over the baseline in program execution time, with excellent scalability.
• Abstract（参考訳）: 量子制御プロセッサ(QCP)は、コンパイラツールチェーンと制御エレクトロニクスのギャップを埋め、量子ビットを直接操作し、測定フィードバックを処理する実行可能な命令にコンパイルされた量子回路を変換する責務を負う。 しかし、既存の設計は、主にカスタマイズされた命令セットに依存し、設計の再利用を制限し、サポートツールチェーンの構築に多大な労力を要した。 さらに、高度にスケーラブルなシナリオでキュービットとスケジューリング操作を効率的に処理することは、依然として重要な課題である。 本研究では、RISC-Vベクトル(RVV)エンジン上に量子指向性拡張を持つベクトル化量子制御手法を提案する。 RVVの高並列性を利用して、1命令で最大128キュービットを処理できる。 また、パラメータ化された回転情報を命令セットに埋め込んで、ハイブリッド量子古典プログラムにおけるゲート回転の動的チューニングを可能にする。 中間回路計測をサポートするため,パイプライン実行を80ポンド以内で再開するハードウェアベースの停止応答プロトコルを設計する。 RISC-VツールチェーンとFPGAプロトタイプの両方を用いた総合評価により,プログラム実行時のベースラインを最大2.52$\times$スピードアップし,優れたスケーラビリティを実現した。

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