論文の概要: Enabling Neutral Atom Integration: Redesigning Device Models for Universal Quantum Ecosystems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.20616v1
- Date: Wed, 22 Jul 2026 18:00:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-24 18:26:25.181278
- Title: Enabling Neutral Atom Integration: Redesigning Device Models for Universal Quantum Ecosystems
- Title（参考訳）: ニュートラル原子統合の実現:ユニバーサル量子生態系のためのデバイスモデルの再設計
- Abstract要約: 我々は、中性原子デバイスを忠実に表現するために、現在のデバイスモデルを再考する。
提案するデバイスモデルは、16量子ビットと600ゲートの回路上で最大10万倍のルーティングオーバーヘッド忠実度向上を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.611625524648965
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computing is transitioning from an academic idea to a practical technology, driven by recent hardware advancements and clear paths toward real-world applications. Universal quantum ecosystems (e.g., Qiskit, Cirq, PennyLane) facilitate this transition by providing a consistent interface to diverse quantum devices, abstracting hardware-specific details through a device model that captures each device's computational capabilities. However, these device models have historically been shaped by superconducting hardware, assuming static qubit positions and fixed coupling maps. This prevents them from representing the unique computational capabilities of emerging technologies such as neutral atoms, which feature dynamic qubit rearrangement and zoned operations. As a result, although numerous specialized compilers for neutral atom devices already exist, they cannot retrieve the hardware information they need through these ecosystems - creating a technology lock that hinders or even prevents the integration of neutral atom devices. In this work, we demonstrate how this limitation leads to suboptimal compilation results and can exclude certain devices entirely. Motivated by this, we propose rethinking current device models to faithfully represent neutral atom devices, enabling their seamless integration into universal quantum ecosystems. Evaluations conducted within the Quantum Device Management Interface (QDMI) demonstrate that the proposed device model unlocks a routing overhead fidelity improvement by a factor of up to 100,000 on a circuit with 16 qubits and 600 gates.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、最近のハードウェアの進歩と現実世界のアプリケーションへの明確な道のりによって、学術的なアイデアから実践的な技術へと移行しつつある。
ユニバーサル量子エコシステム(例えば、Qiskit、Cirq、PennyLane)は、さまざまな量子デバイスへの一貫したインターフェースを提供することで、各デバイスの計算能力をキャプチャするデバイスモデルを通じて、ハードウェア固有の詳細を抽象化することによって、この移行を促進する。
しかしながら、これらのデバイスモデルは、静的な量子ビットの位置と固定結合写像を仮定して、歴史的に超伝導ハードウェアによって形成されてきた。
これにより、動的量子ビット再構成とゾーン演算を特徴とする中性原子のような新興技術の計算能力を表現することができない。
その結果、多くの中性原子デバイス用の特別なコンパイラがすでに存在しているが、これらのエコシステムを通じて必要なハードウェア情報を取得することはできない。
本研究では,この制限が最適でないコンパイル結果にどのように影響するかを実証し,特定のデバイスを完全に排除できることを示す。
これを受けて、我々は現在のデバイスモデルを再考し、中立的な原子デバイスを忠実に表現し、普遍的な量子エコシステムへのシームレスな統合を可能にすることを提案する。
QDMI(Quantum Device Management Interface)で実施された評価は、提案されたデバイスモデルが16量子ビットと600ゲートの回路上で最大10万倍のルーティングオーバーヘッド忠実度向上を実現することを示した。
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