論文の概要: Quantum Compiler Design for Fault-Tolerant Quantum Computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.17465v1
- Date: Tue, 15 Sep 2026 17:05:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-16 14:56:08.63284
- Title: Quantum Compiler Design for Fault-Tolerant Quantum Computing
- Title（参考訳）: 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量子コンパイラ設計
- Abstract要約: 本調査では,QECで保護された量子計算のためのコンパイラ設計のフルスタックビューを示す。
既存の作業は,論理レベルのQECコンパイル,物理レベルのQEC実現,実行時統合という,3つの相互作用するレイヤにまとめる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 14.739903011159207
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Scalable quantum computation is expected to rely on fault-tolerant quantum computation (FTQC), in which quantum error correction (QEC) suppresses physical errors sufficiently to support reliable logical operations. This requires quantum compilation to move beyond general-purpose circuit optimization toward encoding-aware and protocol-structured compilation across the full stack of fault-tolerant quantum computers. Beyond circuit synthesis and hardware mapping, an FTQC compiler must lower algorithm-level operations into the logical gate set supported by the chosen code, coordinate encoded data and ancilla resources, realize logical operations together with repeated syndrome extraction under hardware constraints, and provide the resulting measurement stream to real-time decoding. This survey presents a full-stack view of compiler design for QEC-protected quantum computation. We organize existing work into three interacting layers: logical-level QEC compilation, physical-level QEC realization, and decoder runtime integration. At the logical level, we review surface-code lattice-surgery compilers, beyond-surface-code code-surgery frameworks including emerging qLDPC approaches, and compilation support for non-Clifford operations such as magic-state distillation and code switching. At the physical level, we survey hardware-aware QEC realization on superconducting, trapped-ion, and neutral-atom platforms. We further examine decoder models, real-time decoding systems, and frame-management mechanisms that close the feedback loop during fault-tolerant execution. Finally, we identify open challenges in cross-layer optimization, qLDPC compilation, compiler-decoder co-design, runtime adaptivity, and the development of integrated and benchmarkable FTQC compilation stacks. An actively maintained paper list is available at: github.com/chenghongz/QEC-compiler-design.
- Abstract（参考訳）: スケーラブルな量子計算はフォールトトレラント量子計算(FTQC)に依存しており、量子エラー補正(QEC)は信頼性の高い論理演算をサポートするのに十分な物理誤差を抑圧する。
これにより、量子コンパイルは、汎用的な回路最適化を超えて、フォールトトレラントな量子コンピュータの全スタックにわたるエンコーディング対応およびプロトコル構造化コンパイルに移行する必要がある。
FTQCコンパイラは、回路合成とハードウェアマッピングの他に、選択されたコードでサポートされている論理ゲートセットへのアルゴリズムレベルの演算を低くし、符号化されたデータとアンシラリソースをコーディネートし、ハードウェア制約下で繰り返し発生するシンドローム抽出と共に論理演算を実現し、その結果の計測ストリームをリアルタイムデコードに提供しなければならない。
本調査では,QECで保護された量子計算のためのコンパイラ設計のフルスタックビューを示す。
既存の作業は,論理レベルQECコンパイル,物理レベルQEC実現,デコーダランタイム統合という,3つの相互作用するレイヤにまとめる。
論理レベルでは,表面コード格子探索コンパイラ,新興qLDPCアプローチを含む地表面コード探索フレームワーク,マジックステート蒸留やコードスイッチングといった非クリフォード演算に対するコンパイルサポートについて概説する。
物理レベルでは、超伝導、トラップイオン、中性原子プラットフォームにおけるハードウェア対応QECの実現について調査する。
さらに、フォールトトレラント実行中にフィードバックループを閉じるデコーダモデル、リアルタイムデコードシステム、フレーム管理機構についても検討する。
最後に,階層間最適化,qLDPCコンパイル,コンパイラ-デコーダ共設計,ランタイム適応性,統合およびベンチマーク可能なFTQCコンパイルスタックの開発におけるオープンな課題を明らかにする。
アクティブに維持されているペーパーリストは、github.com/chenghongz/QEC-compiler-designで入手できる。
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