論文の概要: Architecture and Compilation Co-Design for High-Rate Quantum Product Codes on Neutral Atom Arrays
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.20164v1
- Date: Thu, 20 Aug 2026 15:20:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-21 20:28:51.625081
- Title: Architecture and Compilation Co-Design for High-Rate Quantum Product Codes on Neutral Atom Arrays
- Title（参考訳）: 中性原子配列上の高レート量子積符号のアーキテクチャとコンパイル共設計
- Abstract要約: 量子低密度パリティチェック (qLDPC) コードは有望な候補として浮上する。
OneXフレームワークは複雑な2D物理実行計画を独立した1Dサブプロブレムに分解する。
OneXは3.7倍から6.1倍、29.8倍から42.1倍のクロックレートを達成している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.677430368345567
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Achieving fault-tolerant quantum computing at a practical scale demands quantum error correction (QEC) codes with high encoding rates. Quantum low-density parity-check (qLDPC) codes emerge as a promising candidate, especially given the rise of neutral atom arrays that provide dynamic long-range connectivity via atom movements. In general, synthesizing valid and efficient physical execution plans for QEC is a provably hard combinatorial problem, forming a critical compilation bottleneck that worsens as code sizes grow. To overcome this complexity, we focus on an important product family of qLDPC codes with dimension-reduction properties, and propose ONEX. This framework decomposes complex 2D physical execution planning into independent 1D subproblems, each solved to optimal execution depth within practical compilation time. First, we formulate the 1D execution plan with an explicit satisfiability modulo theories (SMT) encoding. This protocol produces provably depth-optimal solutions with substantial duration reduction. Second, we develop a multi-stage compilation pipeline featuring anytime optimization, movement compaction, and iterative feedback. This pipeline maintains practical wall-clock times while providing progressive refinement and on-demand retrieval of quality solutions. Third, we evaluate ONEX in the application of hypergraph product (HGP) code memory mapped onto neutral atom arrays, achieving 3.7x to 6.1x and 29.8x to 42.1x higher clock rates than the constructive 1D algorithm and the general 2D compiler, respectively, while scaling efficiently to codes with 2,500 data qubits. Finally, we extend ONEX to zoned layouts, revealing architectural insights into the associated trade-offs, and demonstrate its applicability to the broader lifted-product (LP) code family through a representative example.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラントな量子コンピューティングを実用規模で達成するには、高い符号化レートで量子エラー訂正(QEC)符号を必要とする。
量子低密度パリティチェック(qLDPC)符号は、特に原子移動による動的長距離接続を提供する中性原子配列の台頭により、有望な候補として浮上する。
一般的に、QECの有効かつ効率的な物理実行計画の合成は、コードサイズが大きくなるにつれて重大なコンパイルボトルネックを形成する、証明可能な難しい組合せ問題である。
この複雑さを克服するために、次元還元特性を持つqLDPC符号の重要な製品ファミリーに着目し、ONEXを提案する。
このフレームワークは、複雑な2次元物理実行計画を独立した1次元サブプロブレムに分解し、それぞれが実際のコンパイル時間内で最適な実行深さに解決する。
まず,SMT符号化による1次元実行計画の定式化を行う。
このプロトコルは、実質的な持続時間削減を伴う、証明可能な深さ最適化解を生成する。
第2に、任意の時間最適化、運動のコンパクト化、反復的なフィードバックを含む多段階コンパイルパイプラインを開発する。
このパイプラインは、段階的な改善と品質ソリューションのオンデマンド検索を提供しながら、実用的な壁時計時間を維持している。
第3に、中性原子配列にマッピングされたハイパーグラフ製品(HGP)コードメモリの適用においてONEXを評価し、構成的な1Dアルゴリズムと一般的な2Dコンパイラよりも3.7xから6.1x、29.8xから42.1xのクロックレートを実現し、2,500データキュービットのコードに対して効率よくスケーリングする。
最後に、ONEXをゾーン化されたレイアウトに拡張し、関連するトレードオフに関するアーキテクチャ上の洞察を明らかにし、その代表例を通じて、より広い製品(LP)コードファミリに適用可能であることを示す。
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