論文の概要: Trident: Efficient Load Verification for Yoked Surface Codes using a Three-Level Memory Hierarchy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.32152v1
• Date: Fri, 23 Oct 2026 04:36:37 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-27 01:38:06.388393
• Title: Trident: Efficient Load Verification for Yoked Surface Codes using a Three-Level Memory Hierarchy
• Title（参考訳）: Trident: 3レベルメモリ階層を用いた黄面符号の効率的な負荷検証
• Abstract要約: Yoked Surface Codes (YSC) は、高速な量子コードを持つサーフェスコードである。 YSC は 1D と 2D の変種を持ち、表面コードよりも1.8times$と4.5times$が効率的である。 本稿では,2レベル階層を3レベル階層に拡張するTridentを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.58960129425139
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Fault-Tolerant Quantum Computers (FTQCs) commonly use the surface code to encode program qubits as error-corrected logical qubits. Unfortunately, the surface code has a poor encoding rate, so recent work has proposed Yoked Surface Codes (YSCs), which concatenate the surface code with a high-rate quantum code. The surface code qubits in YSCs are protected by the checks, or yokes, of the high-rate code. YSCs have 1D and 2D variants, which are $1.8\times$ and $4.5\times$ more efficient than the surface code, respectively. Modern FTQC architectures use a two-level hierarchy: surface codes perform logical operations (compute) while 2D YSCs store idle program qubits (memory). To load a qubit from memory, the FTQC first performs retrieval, which logically moves a program qubit from a 2D YSC into a surface code (8 cycles). However, retrieval is not fault-tolerant, so the FTQC must verify the load by measuring all the yokes of the 2D YSC (178 cycles). As verification dominates memory access latency, eliminating it can provide a speedup of $5.7\times$. Our goal is to reduce the verification overhead of 2D YSCs while retaining their storage efficiency. We exploit the fact that 1D YSCs, though less storage-efficient, incur negligible verification latency. We propose Trident, which expands the two-level hierarchy into a three-level hierarchy by adding a small intermediate level containing a 1D YSC (L1). If most loads hit L1 rather than L2 (2D YSC tier), it can significantly reduce verification overhead. We present two variants: Trident-D (demand-driven) and Trident-P (prefetch-driven), which achieve speedups of $2.8\times$ and $4.2\times$, respectively, while increasing the physical qubit cost of memory by only 4.9%.
• Abstract（参考訳）: フォールトトレラント量子コンピュータ(FTQC)は一般に、プログラムキュービットを誤り訂正論理キュービットとしてエンコードするために表面コードを使用する。 残念ながら、表面符号は符号化速度が劣っているため、最近の研究では、表面符号を高速量子コードで結合するYoked Surface Codes (YSCs) が提案されている。 YSCのサーフェスコードキュービットは、ハイレートコードのチェックまたはヨークによって保護される。 YSCは1Dと2Dのバリエーションを持ち、それぞれ1.8\times$と4.5\times$は表面コードよりも効率的である。 サーフェスコードは論理演算(計算)を行い、2D YSCはアイドルプログラムキュービット(メモリ)を格納する。 FTQCはまず、メモリからキュービットをロードするために、プログラムキュービットを2次元YSCから曲面コード(8サイクル)に論理的に移動させる検索を行う。 しかし、検索はフォールトトレラントではないため、FTQCは2次元YSC(178サイクル)のヨークを全て測定して負荷を検証する必要がある。 検証がメモリアクセス遅延を支配しているため、メモリアクセスを排除すれば5.7\times$のスピードアップが可能になる。 我々の目標は、ストレージ効率を維持しながら、2次元YSCの検証オーバーヘッドを削減することです。 1D YSCはストレージ効率が低いが、無視できる検証のレイテンシが低いという事実を利用しています。 1次元YSC(L1)を含む小さな中間レベルを追加することで、2段階階層を3段階階層に拡張するTridentを提案する。 ほとんどの負荷がL2(2D YSC層)ではなくL1に当たれば、検証オーバーヘッドを大幅に削減できる。 我々はTrident-D(オンデマンド駆動)とTrident-P(プリフェッチ駆動)の2つのバリエーションを提示し、それぞれ2.8\times$と4.2\times$のスピードアップを実現した。

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