論文の概要: WISER: Systematic Design-Space Exploration of Fault-Tolerant Global Control Trapped-Ions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.13546v1
- Date: Fri, 11 Sep 2026 21:22:31 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 07:15:05.389046
- Title: WISER: Systematic Design-Space Exploration of Fault-Tolerant Global Control Trapped-Ions
- Title（参考訳）: WISER: フォールトトレラントなグローバルコントロールトラップイオンのシステム設計-空間探索
- Abstract要約: トリップイオン量子コンピュータは、スケーラブルなフォールトトレラント量子コンピューティングの第一候補である。
我々は,世界規模で制御されたイオンシステムのための多層構造設計空間探索フレームワークWISEを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2676349883103403
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Trapped-ion quantum computers are a leading candidate for scalable fault-tolerant quantum computing, but conventional Quantum Charge-Coupled Device (QCCD) architectures face severe wiring and power constraints as systems scale. The recently proposed WISE promise orders-of-magnitude reductions in wiring complexity but fundamentally alter the hardware--software interface, making it unclear whether such restrictive architectures can feasibly execute quantum error correction (QEC) and eventually support fault-tolerant workloads. We present WISER, a cross-layer architectural design-space exploration framework for globally controlled trapped-ion systems, to determine whether WISE can support early FTQC, and what hardware/compiler/QEC choices are needed. WISER combines novel WISE-specific compilation, noise modelling, and simulation and integrated them into a unified framework. WISER provides comparative lower-bound estimates of logical clock speed and logical error rate, rather than absolute hardware prediction, enabling us to identify viable operating regions while ruling out infeasible ones. To our knowledge, it is the first systematic design space exploration study targeted at WISE and scalable architectures beyond QCCD. Using WISER, we identify a narrow feasible design space requiring two-ion traps, moderate control multiplexing, aggressive recooling, and high-rate bivariate-bicycle codes. Even under $\sim 10\times$ improvements in physical errors, the lower-bound cycle time to achieve $< 10^{-8}$ logical error is $\approx 100\,ms$, which is $3\times$ slower than local control. These results expose a fundamental trade-off between wiring scalability and logical throughput, suggesting that practical early fault-tolerant operation requires complementary $> 10\times$ physical error rate reductions along with substantial $> 100\times$ reduction in fault-tolerant circuit-depth.
- Abstract（参考訳）: トリップイオン量子コンピュータは、スケーラブルなフォールトトレラント量子コンピューティングの第一候補であるが、従来の量子電荷結合デバイス(QCCD)アーキテクチャは、システムスケールとして厳しい配線と電力制約に直面している。
最近提案されたWISEは、配線の複雑さのオーダー・オブ・マグニチュード削減を約束するが、ハードウェア・ソフトウェアインターフェースを根本的に変更するので、そのような制限されたアーキテクチャが量子エラー補正(QEC)を実行可能か、最終的にはフォールトトレラントなワークロードをサポートするかは明らかではない。
WISERは, WISEが早期FTQCをサポートできるか, ハードウェア/コンパイラ/QEC選択が必要なのかを判断するために, グローバルに制御された捕捉イオンシステムのための多層設計空間探索フレームワークである。
WISERは、新しいWISE固有のコンパイル、ノイズモデリング、シミュレーションを統合し、それらを統合されたフレームワークに統合する。
WISERは、絶対的なハードウェア予測ではなく、論理クロック速度と論理誤差率を比較下限で推定し、実現不可能な領域を除外しながら実行可能な動作領域を特定できるようにする。
我々の知る限り、WISEとQCCD以外のスケーラブルアーキテクチャを対象とした、最初の体系的な設計空間探索研究である。
WISERを用いて、2つのイオントラップ、適度な制御多重化、アグレッシブな再帰、ハイレートなバイヴァリエート・バイサイクル・コードを必要とする狭い設計空間を同定する。
物理エラーを$\sim 10\times$改善しても、$<10^{-8}$論理エラーを達成するための低いバウンドサイクル時間は$\approx 100\,ms$であり、ローカル制御よりも3\times$遅い。
これらの結果は、配線スケーラビリティと論理スループットの基本的なトレードオフを明らかにし、実用的な早期耐故障操作には、相補的な$>10\times$物理誤差率削減と、相当な$>100\times$フォールトトレラント回路深度削減が必要であることを示唆している。
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