論文の概要: Reconfigurable Bus-based Quantum Router for Modular Superconducting Processors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.28881v3
- Date: Wed, 30 Sep 2026 00:52:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-01 18:57:25.528824
- Title: Reconfigurable Bus-based Quantum Router for Modular Superconducting Processors
- Title（参考訳）: モジュラー超電導プロセッサ用再構成可能なバスベース量子ルータ
- Abstract要約: バスベースの再構成可能な量子ルータは、モジュラー超伝導プロセッサのための並列制御Z$(CZ)ゲートを可能にする。
このルータはSWAPの中央値を最大34%、CZのネイティブ値を最大20%削減する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.652107820635075
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Scaling superconducting quantum processors requires interconnects that provide both non-local connectivity and parallel entangling operations. While current quantum routers offer greater connectivity than nearest-neighbour topologies, their support for parallel, independently addressable two-qubit gates remains fundamentally limited, imposing severe compilation overheads that constitute a critical bottleneck. Here we introduce a bus-based reconfigurable quantum router that enables parallel controlled-$Z$ (CZ) gates for modular superconducting processors. Constructed from a flux-tunable SQUID network, the router selectively connects interface qubits to two shared buses, allowing destructive interference to suppress idle interactions while supporting two disjoint CZ gates in parallel. Full-system Hamiltonian simulations yield parallel-gate infidelities ranging from $7.9\times10^{-4}$ to $1.8\times10^{-3}$ under the operating conditions considered, and an open-system analysis identifies the coherence requirements for high-fidelity operation. We further assess the circuit-level consequences using hardware-aware compilation and resource-constrained scheduling. For the 36-qubit quantum Fourier transform (QFT), QAOA-MaxCut, and random-pairing circuits, the router reduces the median SWAP count by up to $34\%$ and the native CZ count by up to $20\%$ relative to a matched two-dimensional grid. Circuit-depth reductions are workload-dependent, reaching $20\%$ for QAOA-MaxCut but remaining negligible for the QFT despite its lower gate count. These results show that enhanced connectivity and schedulable parallelism provide complementary benefits for connectivity-intensive algorithms, establishing the router as a compiler-visible hardware resource and providing a scalable architectural pathway toward constructing highly connected modular superconducting quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 超伝導量子プロセッサのスケーリングには、非局所接続と並列エンタングリング操作の両方を提供する相互接続が必要である。
現在の量子ルータは、近辺のトポロジよりも接続性が高いが、並列で独立して対応可能な2ビットゲートのサポートは、基本的に制限されており、重大なボトルネックを構成する厳しいコンパイルオーバーヘッドを伴っている。
ここでは、モジュラー超伝導プロセッサのための並列制御Z$(CZ)ゲートを実現するバスベースの再構成可能な量子ルータを紹介する。
ルータは、フラックス可変SQUIDネットワークから構成され、インタフェースキュービットを2つの共有バスに選択的に接続し、2つの非結合CZゲートを平行にサポートしながら、破壊的干渉によりアイドル相互作用を抑える。
フルシステムハミルトニアンシミュレーションは、考慮された操作条件の下で、7.9\times10^{-4}$から1.8\times10^{-3}$までの並列ゲート不整合を生じる。
さらに、ハードウェア対応コンパイルとリソース制約スケジューリングを用いて、回路レベルの結果を評価する。
36キュービット量子フーリエ変換(QFT)、QAOA-MaxCutおよびランダムペアリング回路において、ルータは、マッチした2次元グリッドに対して、中央値のSWAP数を最大34\%、ネイティブCZ数を最大20\%削減する。
QAOA-MaxCutの回路深度はワークロードに依存しており、QAOA-MaxCutは20ドル%に達するが、ゲート数が少ないにもかかわらずQFTには無視できない。
これらの結果は、接続性の向上とスケジューリング可能な並列性は、接続集約アルゴリズムに補完的な利点をもたらし、ルータをコンパイラ可視のハードウェアリソースとして確立し、高度に接続されたモジュラー超伝導量子プロセッサを構築するためのスケーラブルなアーキテクチャパスを提供することを示している。
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