論文の概要: Do Not Let CNOTs Overwhelm the Decoder: Scheduling Transversal Gates for Fast FTQC

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.11719v1
• Date: Wed, 12 Aug 2026 06:58:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-13 19:07:54.484728
• Title: Do Not Let CNOTs Overwhelm the Decoder: Scheduling Transversal Gates for Fast FTQC
• Title（参考訳）: CNOTがデコーダを圧倒しないように:高速FTQCのためにトランスバーサルゲートをスケジューリングする
• Abstract要約: Transversal CNOT (TCNOT) はフォールトトレラント量子計算を高速化する。 しかし、TCNOTスケジュールの密度は古典的な復号作業量を大幅に増加させる。 TCNOTベースのFTQCのためのデコーダ対応スケジューリングフレームワークを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.15658704610960567
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Transversal CNOT (TCNOT) gates can accelerate fault-tolerant quantum computation (FTQC) in the surface code by reducing the number of syndrome extraction rounds required between logical operations from $O(d)$ to $O(1)$. This is particularly attractive for quantum platforms with long-range connectivity, such as neutral atoms. However, dense TCNOT schedules substantially increase the classical decoding workload. TCNOTs propagate errors across multiple surface-code patches, enlarging the spatiotemporal region that must be decoded jointly. Consequently, denser TCNOT schedules increase decoding latency and memory requirements and potentially exceed available decoder capacity. Moreover, because the detector error model (DEM) of each decoding window depends on the TCNOT schedule, exhaustively precomputing all possible window-level DEMs is infeasible, requiring just-in-time (JIT) DEM compilation. Thus, the practical benefit of TCNOT gates is limited not only by quantum hardware performance but also by classical decoding and DEM-compilation capacity. We introduce PACE, a decoder-aware scheduling framework for TCNOT-based FTQC. PACE first mitigates the decoder-side costs of aggressive TCNOT scheduling through three complementary techniques. Hybrid Window Decoding assigns different decoders for each decoding window according to its DEM structure. DEM Stitch generates schedule-specific window-level DEMs just in time by assembling reusable precompiled fragments. Sub-window Parallel Decoding decomposes large windows into smaller sub-windows with graph-coloring formulation. Building on these techniques, PACE then performs decoder-aware scheduling to maximize TCNOT concurrency within the available decoder resources. Our evaluation shows the trade-off between quantum acceleration and classical decoding cost, revealing the limitations of current decoding systems for TCNOT-based FTQC.
• Abstract（参考訳）: Transversal CNOT (TCNOT) ゲートは、$O(d)$から$O(1)$までの論理演算の間に必要となるシンドローム抽出ラウンドの数を減らし、表面コードにおけるフォールトトレラント量子計算 (FTQC) を加速することができる。 これは中性原子のような長距離接続を持つ量子プラットフォームにとって特に魅力的である。 しかし、TCNOTスケジュールの密度は古典的な復号作業量を大幅に増加させる。 TCNOTは複数の表面コードパッチにまたがってエラーを伝播し、共同でデコードしなければならない時空間を拡大する。 結果として、より密集したTCNOTスケジュールはデコード遅延とメモリ要求を増大させ、利用可能なデコーダ容量を超える可能性がある。 さらに、各デコードウィンドウのディテクターエラーモデル(DEM)はTCNOTスケジュールに依存するため、全ての可能なウィンドウレベルのDEMを徹底的に事前計算することは不可能であり、ジャスト・イン・タイム(JIT)DEMコンパイルが必要である。 したがって、TCNOTゲートの実用的な利点は、量子ハードウェアの性能だけでなく、古典的な復号化やDEMコンパイル能力によって制限される。 TCNOTベースのFTQCのためのデコーダ対応スケジューリングフレームワークであるPACEを紹介する。 PACEはまず3つの相補的手法により、攻撃的なTCNOTスケジューリングのデコーダ側コストを軽減した。 Hybrid Window Decodingは、DEM構造に従って、各デコードウィンドウに異なるデコーダを割り当てる。 DEM Stitchは、再利用可能なプリコンパイルされたフラグメントを組み立てることで、スケジュール固有のウィンドウレベルDEMを生成する。 サブウィンドウ並列デコーディングは、大きなウィンドウをグラフカラーの定式化で小さなサブウィンドウに分解する。 これらの技術に基づいて、PACEはデコーダ対応のスケジューリングを実行し、利用可能なデコーダリソース内のTCNOT並行性を最大化する。 評価の結果, 量子加速度と古典的復号化コストのトレードオフが示され, TCNOTベースのFTQCにおける現在の復号化システムの限界が明らかになった。

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