論文の概要: MagiCFirm: A Runtime for Magic-State Cultivation with Algorithm-Hardware Co-Design

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.29267v1
• Date: Thu, 24 Sep 2026 09:05:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-25 21:10:09.80501
• Title: MagiCFirm: A Runtime for Magic-State Cultivation with Algorithm-Hardware Co-Design
• Title（参考訳）: MagiCFirm: アルゴリズムハードウェアの共同設計によるマジックステートの育成
• Abstract要約: マジックステート栽培は、フォールトトレラント量子コンピューティングにおける非クリフォード演算のコストを下げるための有望な代替手段を提供する。 i) 論理ソフトウェアと物理制御の間に、オープンソースの古典的なランタイム層がないこと、(ii) マジック状態の即応性を決定するプロトコル固有の決定に対する遅延制限。 我々は、オフラインでコンパイルされたマイクロプログラムと、検出器の構築、イベント処理、プロトコル制御のための専用のデータパスを組み合わせるランタイムであるMagiCFirmを紹介し、マジックステート培養のエンドツーエンド実行を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.4837598945960435
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Magic-state cultivation offers a promising alternative for lowering the cost of non-Clifford operations in fault-tolerant quantum computing (FTQC). However, realizing cultivation in practice exposes two challenges: (i) the lack of an open-source classical runtime layer between logical software and physical control, and (ii) the latency constraints on protocol-specific decisions that determine magic-state readiness. To address these challenges, we adopt an algorithm--hardware co-design approach. At the algorithm level, we develop a two-stage early-escape scheme that identifies an informative subset of detectors offline, constructs a compact decoding problem, and performs partial decoding in parallel with complete decoding at runtime, allowing high-confidence attempts to advance before full decoding completes. At the hardware level, we present MagiCFirm, a configurable runtime that combines offline-compiled microprograms with dedicated datapaths for detector construction, event processing, and protocol control, enabling end-to-end execution of magic-state cultivation. Across evaluated configurations, MagiCFirm reduces wall-clock magic-state preparation time by up to 39.3% at matched logical error rate. For a representative magic-state-bound workload, this translates to an estimated 11% reduction in overall application runtime.
• Abstract（参考訳）: マジックステート栽培は、フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)における非クリフォード演算のコストを下げるための有望な代替手段を提供する。 しかし、実際に栽培を行うことは2つの課題を露呈する。 (i)論理ソフトウェアと物理制御の間には、オープンソースの古典的ランタイム層がないこと、 (ii) マジック状態の即応性を決定するプロトコル固有の決定に対するレイテンシの制約。 これらの課題に対処するため、我々はアルゴリズム-ハードウェア共設計アプローチを採用した。 アルゴリズムレベルでは、検知器の情報的サブセットをオフラインで識別し、コンパクトな復号化問題を構築し、実行時に完全復号化と同時に部分復号化を行い、完全復号化前に高信頼化を図り進める2段階の早期エスケープ方式を開発する。 ハードウェアレベルでは、オフラインコンパイルされたマイクロプログラムと、検出器の構築、イベント処理、プロトコル制御のための専用のデータパスを組み合わせた構成可能なランタイムであるMagiCFirmを提示し、マジックステート培養のエンドツーエンド実行を可能にする。 評価された構成全体にわたって、MagiCFirmはウォールクロックのマジック状態の準備時間を、一致した論理誤差率で39.3%まで短縮する。 一般的なマジックステートバウンドワークロードの場合、これはアプリケーションランタイム全体の11%削減と見積もられている。

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