論文の概要: Architecting Instruction Execution for Scalable Fault-Tolerant Quantum Computing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.17058v1
- Date: Mon, 12 Oct 2026 16:26:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-18 03:33:29.519357
- Title: Architecting Instruction Execution for Scalable Fault-Tolerant Quantum Computing
- Title（参考訳）: 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ためのアーキテクチャ命令実行
- Abstract要約: 超伝導やトポロジカルマヨナ量子ビットなど,低温で固定結合性の量子ビットプラットフォームに着目する。
既存のQISA選択は、あまりに低いレベルで動作し、大規模な低温熱予算に違反するか、あるいは高すぎるレベルで動作し、制御エンジンに実現不可能な複雑さをもたらす。
サイクル精度の高い古典ドライバとハードウェアエンジンシミュレータを備えたエンドツーエンド評価ツールフローを開発した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4925906256430175
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Scaling fault-tolerant quantum computing (FTQC) requires orchestrating millions of operations continuously across a tightly coupled classical-quantum control stack. A critical challenge in this orchestration is determining the optimal hardware-software boundary, i.e., the Quantum Instruction Set Architecture (QISA). We focus on cryogenic, fixed-connectivity qubit platforms, such as superconducting and topological Majorana qubits. For these, existing QISA choices either operate at too low a level, violating cryogenic thermal budgets at scale, or at too high a level, imposing unrealizable complexity on the control engine. To reason about these tradeoffs, we introduce the ARIES instruction set hierarchy, which categorizes QISAs into distinct abstraction levels. To systematically evaluate these levels, we develop an end-to-end evaluation toolflow featuring a cycle-accurate classical driver and hardware engine simulator. Using eight quantum applications across superconducting and topological qubit platforms, we measure instruction bandwidth, transceiver power dissipation, and measurement processing overheads. We demonstrate that while physical-level abstractions exceed the thermal limits of dilution refrigerators by orders of magnitude, canonical-level abstractions significantly underestimate hardware routing congestion and execution runtimes. Our Level 4 QISA (local logical operations) offers an optimal architectural balance. As quantum hardware platforms scale toward FTQC in the coming years, our findings provide concrete architectural guidance for the design of their classical control stacks and instruction interfaces.
- Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピューティング(FTQC)のスケーリングには、タイトに結合された古典量子制御スタック上で数百万の操作を継続的にオーケストレーションする必要がある。
このオーケストレーションにおける重要な課題は、最適なハードウェアとソフトウェアの境界、すなわち量子命令セットアーキテクチャ(QISA)を決定することである。
超伝導やトポロジカルマヨナ量子ビットなど,低温で固定結合性の量子ビットプラットフォームに着目する。
これらのために、既存のQISA選択は、あまりに低いレベルで動作し、大規模な低温熱予算に違反するか、あるいは高すぎるレベルで動作し、制御エンジンに実現不可能な複雑さをもたらす。
これらのトレードオフを推論するために、QISAを異なる抽象レベルに分類するARIES命令セット階層を導入する。
これらのレベルを体系的に評価するために、サイクル精度の高い古典的ドライバとハードウェアエンジンシミュレータを備えたエンドツーエンド評価ツールフローを開発した。
超伝導およびトポロジカル量子ビットプラットフォームにまたがる8つの量子アプリケーションを用いて、命令帯域幅、トランシーバ電力散逸、および処理オーバーヘッドの測定を行う。
物理レベルの抽象化は希釈冷凍機の温度限界を桁違いに超えるが,標準レベルの抽象化はハードウェアルーティングの混雑や実行ランタイムを著しく過小評価している。
私たちのレベル4 QISA(ローカル論理演算)は、最適なアーキテクチャバランスを提供します。
今後,量子ハードウェアプラットフォームがFTQCに向かってスケールしていくにつれて,従来の制御スタックと命令インタフェースの設計に関する具体的なアーキテクチャガイダンスが提供される。
関連論文リスト
- Quantum computers will not be that different: A blueprint for quantum computer architecture at scale [19.78580080833068]
本稿では、実用規模量子アーキテクチャは、主に結合量子古典システムにおけるコストパフォーマンスの問題であると主張する。
我々のアーキテクチャの青写真はクリーンな論理的抽象化に基づいて構成されており、命令セットアーキテクチャ(ISA)境界の下にある物理キュービットの細部と複雑さを隠蔽している。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-09-17T03:30:15Z) - A Scalable Distributed Quantum Optimization Framework via Factor Graph Paradigm [46.08923284345648]
分散量子最適化のための構造認識フレームワークを提案する。
検索スペースが$N$の場合、我々のフレームワークはプロセッサやセパレータに依存した要素に対して$O(sqrtN)$クエリ複雑性を達成する。
構造を考慮した分解は、量子ネットワーク上でのスケーラブルな分散量子最適化に実践的な道をもたらすことを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-03-08T15:15:52Z) - AQER: a scalable and efficient data loader for digital quantum computers [62.40228216126285]
我々は,ターゲット状態の絡み合いを体系的に低減し,負荷回路を構成するスケーラブルなAQL手法であるAQERを開発した。
我々は、合成データセット、古典画像および言語データセット、最大50キュービットの量子多体状態データセットを用いて、AQERの有効性を評価するための体系的な実験を行う。
論文 参考訳（メタデータ） (2026-02-02T14:39:42Z) - ConQuER: Modular Architectures for Control and Bias Mitigation in IQP Quantum Generative Models [40.972673943861075]
瞬時量子(IQP)回路に基づく量子生成モデルは、複素分布の学習において非常に有望である。
現在の実装は、生成した出力に対する制御性の欠如と、期待される特定のパターンに対する深刻な生成バイアスに悩まされている。
モジュール回路アーキテクチャによる両課題に対処する制御可能な量子生成フレームワーク ConQuER を提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-09-26T16:32:41Z) - Towards System-Level Quantum-Accelerator Integration [3.4486179803947254]
本稿では,量子加速器と処理ユニットを周辺システムコンポーネントとして扱う垂直統合量子システムアーキテクチャを提案する。
中心となる要素は、オペレーティングシステムのカーネルレベルでの量子抽象層(QAL)である。
本稿では,QEMUに基づく仮想QPUモデルを含む,このような統合アーキテクチャに向けた最初の結果を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-07-25T12:30:42Z) - Distributed Architecture for FPGA-based Superconducting Qubit Control [7.804530685405802]
リアルタイムフィードバック技術を利用した量子回路は、NISQ時代の量子コンピューティングの強力なツールである。
超伝導量子ビット制御のためのオープンソースプラットフォームであるQubiC用のFPGAベースのカスタムプロセッサアーキテクチャを開発した。
プロセッサスタックとコンパイラスタックの両方の設計について詳述し、量子状態テレポーテーション実験でその能力を実証する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-04-23T17:47:31Z) - Microarchitectures for Heterogeneous Superconducting Quantum Computers [17.466549927004507]
本稿では異種量子システムを設計するためのツールボックスであるHetArchを紹介する。
超伝導システムに特化して、様々な超伝導デバイスからなる最適化された異種ハードウェアを設計する。
これらの手法を用いて, エンタングルメント蒸留, エラー補正, コードテレポーテーションのための超伝導量子モジュールを設計し, 均一系と比較して誤差率2.6x, 10.7x, 3.0xを低減した。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-05-05T02:01:00Z) - The Basis of Design Tools for Quantum Computing: Arrays, Decision
Diagrams, Tensor Networks, and ZX-Calculus [55.58528469973086]
量子コンピュータは、古典的コンピュータが決して起こらない重要な問題を効率的に解決することを約束する。
完全に自動化された量子ソフトウェアスタックを開発する必要がある。
この研究は、今日のツールの"内部"の外観を提供し、量子回路のシミュレーション、コンパイル、検証などにおいてこれらの手段がどのように利用されるかを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-01-10T19:00:00Z) - Quantum Federated Learning with Entanglement Controlled Circuits and
Superposition Coding [44.89303833148191]
我々は、絡み合ったスリム化可能な量子ニューラルネットワーク(eSQNN)の深さ制御可能なアーキテクチャを開発する。
本稿では,eS-QNNの重畳符号化パラメータを通信する絡み合ったスリム化QFL(eSQFL)を提案する。
画像分類タスクでは、広範囲なシミュレーションがeSQFLの有効性を裏付ける。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-12-04T03:18:03Z) - DigiQ: A Scalable Digital Controller for Quantum Computers Using SFQ
Logic [6.234704484346984]
Superconducting Single Flux Quantum (SFQ) は、大規模なイン冷蔵庫コントローラ向けに提案された古典論理系である。
SFQロジックは、超高速で消費電力の少ないため、スケーラビリティを最大化する可能性がある。
本稿では,NISQ(Noisy Intermediate Scale Quantum)を用いたSFQベースの古典型コントローラの最初のシステムレベル設計であるDigiQを紹介する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-02-03T04:52:14Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。