論文の概要: CUDA-Q Logical: Retargetable Compilation for Fault-Tolerant Quantum Computing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.13388v1
• Date: Fri, 11 Sep 2026 18:00:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-16 07:15:05.289066
• Title: CUDA-Q Logical: Retargetable Compilation for Fault-Tolerant Quantum Computing
• Title（参考訳）: CUDA-Q Logical:フォールトトレラント量子コンピューティングのための再ターゲット可能なコンパイル
• Abstract要約: 本稿では,フォールトトレラントコンパイル,解析,実行のためのコンパイラ基盤であるQ-Q Logicalを紹介する。 すべてのリソース見積をコンパイラアーティファクトから直接引き出すことで、フレームワークはコンパイルとリソース分析を統一する。 スケジュール推定と既存の独立モデルとの整合性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 30.490749390369032
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Realizing fault-tolerant quantum computing requires mapping logical programs to heterogeneous quantum error correction (QEC) codes and diverse fault-tolerant execution models, scheduling physical resources, and coupling to real-time classical control and feedback. Specialized tools exist for each step but rely on manual composition and translation that discard assumptions and provenance, separating resource estimates from the compiler artifacts they describe, and making it difficult to validate correctness, compare architectures, or attribute costs to specific design choices. We present CUDA-Q Logical, an extensible compiler infrastructure for retargetable fault-tolerant compilation, analysis, and execution. Interoperable with CUDA-Q and other mainstream front-ends, CUDA-Q Logical progressively lowers target-independent logical programs through a constrained logical virtual machine, QEC microcode, physical gate schedules, and real-time control plans, with each layer preserving semantics and provenance, while verifying composition and resource constraints. By deriving every resource estimate directly from compiler artifacts, the framework unifies compilation and resource analysis, enabling successively refined estimates and principled cross-architecture comparison while permitting QEC codes, execution models, decoders, and hardware architectures to be introduced as modular extensions. Across workloads ranging from application-architecture studies to qLDPC surgery and detector-error-model composition, we show that schedule-derived estimates reconcile with established independent models. Crucially, this compiler-visible structure exposes cost drivers hidden by aggregate analytical formulas, carries QEC artifacts intact into simulation, and demonstrates a complete compilation pipeline for fault-tolerant quantum computing.
• 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現するためには、論理プログラムを異種量子エラー訂正(QEC)コードと多様なフォールトトレラント実行モデルにマッピングし、物理リソースをスケジューリングし、リアルタイムの古典的な制御とフィードバックに結合する必要がある。 各ステップごとに特別なツールが存在するが、仮定と証明を捨て、リソース見積を記述したコンパイラ成果物から切り離し、正確さの検証、アーキテクチャの比較、あるいは特定の設計選択に対する属性コストを難しくする手作業による構成と翻訳に依存している。 本稿では,再ターゲット可能なフォールトトレラントコンパイル,解析,実行のための拡張可能なコンパイラ基盤であるCUDA-Q Logicalを提案する。 CUDA-Qや他の主要なフロントエンドと相互運用可能であり、CUDA-Q Logicalは制約付き論理仮想マシン、QECマイクロコード、物理ゲートスケジュール、リアルタイム制御計画を通じて、各レイヤがセマンティクスと前駆性を保ちながら、構成とリソース制約を検証しながら、ターゲット非依存の論理プログラムを段階的に低下させる。 コンパイラの成果物から直接すべてのリソース推定を導出することにより、コンパイルとリソース分析を統一し、QECコード、実行モデル、デコーダ、ハードウェアアーキテクチャをモジュール拡張として導入しながら、逐次改良された見積もりと原則的クロスアーキテクチャ比較を可能にする。 アプリケーションアーキテクチャー研究からqLDPC手術、検出器エラーモデル構成に至るまでのワークロードにわたって、スケジュール由来の見積もりが確立された独立したモデルと一致していることが示される。 重要なことに、このコンパイラ可視構造は、解析式に隠されたコストドライバを公開し、QECアーティファクトを無傷でシミュレーションし、フォールトトレラントな量子コンピューティングのための完全なコンパイルパイプラインを実証する。

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