論文の概要: Harvest: Resource-Aware Quantum Compilation for Magic State Protocols

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.03315v1
• Date: Tue, 04 Aug 2026 08:21:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-05 15:30:23.097172
• Title: Harvest: Resource-Aware Quantum Compilation for Magic State Protocols
• Title（参考訳）: Harvest:マジックステートプロトコルのためのリソース対応量子コンパイル
• Authors: Jannik Pflieger, Aleksandra Świerkowska, Emmanouil Giortamis, Pramod Bhatotia,
• Abstract要約: 本稿では,格子手術のためのリソース対応コンパイル手法であるHarvestを紹介する。 サーキット・アウェアの配置と渋滞・アウェアのルーティングを併用して、マジックステートの消費を最適化する。 シーケンシャルな実行よりも平均で$4.83times$(最大$17.8times$)のスピードアップを実現している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.10865338207471
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Fault-tolerant quantum processors based on topological codes execute programs through lattice surgery, where operations must be mapped, routed, and supplied with magic states across a 2D grid of physical patches. Non-Clifford operations require these magic states, produced either by distillation factories or by cultivation, each trading footprint against preparation latency, and delivering a magic state to the data patches that consume it requires routing through the same shared layout as every other operation. Yet placement, routing, scheduling, and magic-state supply cannot be optimized in isolation: two operations with no circuit-level dependency can still contend for the same ports, routes, or magic-state terminals once placed, so a compiler that decouples instruction scheduling from magic-state generation, or hard-codes a single generation protocol, is forced to trade execution time against layout footprint instead of co-optimizing both across protocols. We present Harvest, a resource-aware compilation approach for lattice-surgery that co-optimizes magic-state consumption with circuit-aware placement and congestion-aware routing under a protocol-agnostic resource model, then reclaims unused layout footprint after scheduling. Across standard benchmark suites (QAOA, QFT, QASMBench), Harvest achieves an average speedup of $4.83\times$ (up to $17.8\times$) over sequential execution, improves schedule length by up to $1.35\times$ through circuit-aware placement, and reclaims up to $72.0\%$ of unused magic-state patches and $33.9\%$ of unused routing patches.
• Abstract（参考訳）: トポロジカルコードに基づくフォールトトレラント量子プロセッサは、格子手術を通じてプログラムを実行する。 非クリフォード・オペレーションは、蒸留工場または栽培所によって生産され、それぞれのトレーディングフットプリントが準備遅延に反し、それを消費するデータパッチにマジックステートを提供することで、他のすべての操作と同じ共有レイアウトをルーティングする必要がある。 しかし、配置、ルーティング、スケジューリング、マジックステートサプライは、独立して最適化できない: 回路レベルに依存しない2つの操作は、かつて配置されたポート、ルート、またはマジックステート端末と競合する可能性があるため、マジックステート生成からの命令スケジューリングを分離するコンパイラ、または単一の生成プロトコルをハードコードするコンパイラは、両方のプロトコルを共最適化する代わりに、レイアウトフットプリントに対して実行時間をトレードせざるを得なくなる。 本稿では,プロトコルに依存しないリソースモデルの下で,サーキット・アウェア・プレースメントと渋滞・アウェア・ルーティングを併用してマジックステートの消費を最適化し,スケジューリング後に未使用のレイアウトフットプリントを再利用する,格子外科のためのリソース対応コンパイル手法であるHarvestを提案する。 標準ベンチマークスイート(QAOA、QFT、QASMBench)全体にわたって、Harvestはシーケンシャルな実行よりも平均4.83\times$(最大17.8\times$)のスピードアップを実現し、回路対応の配置を通じてスケジュール長を最大1.35\times$に改善し、未使用のマジックステートパッチの最大72.0\%と、未使用のルーティングパッチの最大33.9\%を再利用している。

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