論文の概要: Memory-Optimal Sequential Synthesis of Multimode Gaussian Transformations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.05250v1
- Date: Fri, 04 Sep 2026 15:15:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-07 18:15:24.097807
- Title: Memory-Optimal Sequential Synthesis of Multimode Gaussian Transformations
- Title（参考訳）: 多モードガウス変換のメモリ-最適シーケンス合成
- Abstract要約: モジュラー量子コンピューティングアーキテクチャでは、ハードウェアモジュール間の通信は伝送線を介して送信される移動キューモッドによって仲介される。
この作業は、任意の排出順序に対する最小メモリコストを決定し、この最小値を達成する明示的なシーケンシャルプロトコルを構築する。
このプロトコルはGKPや猫の状態を含む非ガウス入力にも適用される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.486796752191548
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: In modular quantum computing architectures, communication between hardware modules is mediated by traveling qumodes sent through transmission lines. Each output qumode interacts with the emitting module only once through a beam-splitter-type interaction and becomes inaccessible to that module after emission. Information required for subsequent outputs must therefore remain in long-lived memory qumodes. For a prescribed multimode Gaussian transformation on $N$ qumodes, this work determines the minimum memory cost for any given emission order, constructs an explicit sequential protocol attaining this minimum, and develops a greedy method for identifying memory-efficient emission orders. The transformation is represented by a symplectic matrix $S$, specified either directly or through a Gaussian gate sequence. The exact minimum memory cost is obtained from the ranks of submatrices of $S$ and further reduces to a support-based counting rule whose computational cost is linear in the size of the support data. When $S$ is specified directly, a matrix-based protocol attains the minimum memory cost. If instead $S$ is specified through a gate sequence, the original gates can be reused without additional synthesis, although the resulting memory usage need not be minimal. Gaussian transformations with local support on a $D$-dimensional cubic lattice can be realized sequentially with $O(N^{(D-1)/D})$ memory qumodes. The protocols also apply to non-Gaussian inputs, including GKP and cat states, and thereby provide an explicit, resource-efficient scheme for intermodule communication in modular architectures for universal continuous-variable quantum computation.
- Abstract（参考訳）: モジュラー量子コンピューティングアーキテクチャでは、ハードウェアモジュール間の通信は伝送線を介して送信される移動キューモッドによって仲介される。
それぞれの出力キューモッドはビームスプリッター型相互作用によって1回だけ発光モジュールと相互作用し、放出後にそのモジュールに到達不能になる。
したがって、その後の出力に必要な情報は、長寿命のメモリキューモッドに残されなければならない。
N$ qumodes 上の所定の多重モードガウス変換では、任意の排出順序に対する最小メモリコストを決定し、この最小値を達成する明示的なシーケンシャルプロトコルを構築し、メモリ効率のよい排出順序を識別するための欲求的手法を開発する。
変換はシンプレクティック行列$S$で表され、直接またはガウスゲートシーケンスを介して指定される。
正確な最小メモリコストは、$S$のサブマトリクスのランクから得られ、さらに、演算コストがサポートデータのサイズに線形なサポートベースのカウントルールに還元される。
S$が直接指定されると、行列ベースのプロトコルは最小のメモリコストを達成する。
代わりに$S$がゲートシーケンスで指定されている場合、元のゲートは追加の合成なしで再利用できるが、結果として生じるメモリ使用量は最小限である必要はない。
D$次元立方体格子上の局所的な支持を持つガウス変換は、$O(N^{(D-1)/D})$メモリクォードで順次実現できる。
このプロトコルはGKPや猫の状態を含む非ガウス入力にも適用され、普遍連続変数量子計算のためのモジュラーアーキテクチャにおけるモジュール間通信のための明示的でリソース効率の良いスキームを提供する。
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