論文の概要: Runtime Compilation for Quantum Circuits with PQF-Enabled $R_z$ Synthesis

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2611.04075v1
• Date: Mon, 02 Nov 2026 23:39:10 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2026-11-04 17:53:07.984484
• Title: Runtime Compilation for Quantum Circuits with PQF-Enabled $R_z$ Synthesis
• Title（参考訳）: PQF-Enabled $R_z$合成による量子回路のランタイムコンパイル
• Abstract要約: フォールバック(PQF)合成による確率的量子回路は、Gridsynthのような標準プロトコルと比較してT$カウントを大幅に下げる。 PQFは実行時に挿入される余分なゲートを通じて高回路ダイナミズムを導入する。 このダイナミズムは静的コンパイル時のルーティングを無効にする。 月額$textR2$-PQFは、回路実行を平均$1.34times$、最大$1.76times$でスピードアップする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.152873212821053
• License:
• Abstract: In Fault-Tolerant Quantum Computing (FTQC) using surface codes, reducing $T$-count is critical for efficient computation due to the high cost of $T$-state distillation. Probabilistic Quantum Circuit with Fallback (PQF) synthesis significantly lowers $T$-counts compared to standard protocols like Gridsynth, but introduces high circuit dynamism through extra gates inserted at runtime. This dynamism invalidates static compile-time routing, as these new $T$ gates require dynamic lattice surgery routing to establish non-intersecting ancilla paths to $T$-state factories while minimizing total execution time. To address this, we introduce $\text{R}^2$-PQF, a Runtime Routing protocol for PQF-synthesized quantum circuits. $\text{R}^2$-PQF dynamically routes gates layer-by-layer, computing paths during the execution of the previous logical timestep. To satisfy the strict computational window of $\sim t_{lattice\_surgery} + t_{reaction}$ and non-intersectionality constraints, we implement a Wavefront Breadth-First Search (W-BFS) and synthesise it on a 500MHz FPGA and 2 GHz ASIC. For a clock cycle of 2GHz, we achieve a median logical time-step of $1.51 μs$ for a 300 qubit Ising Hamiltonian circuit, demonstrating that $\text{R}^2$-PQF successfully resolves the vast majority of paths (with rare exceptions) within the execution window and enables the $T$-count benefits of PQF without latency penalties. Compared to a baseline stalling-based solution (the only no-runtime-recomputation solution), $\text{R}^2$-PQF speeds up circuit execution by $1.34\times$ on average and up to $1.76 \times$.
• Abstract（参考訳）: 表面符号を用いたFTQC(Fault-Tolerant Quantum Computing)では、T$-countの削減は、T$-state蒸留のコストが高いため、効率的な計算に不可欠である。 フォールバック(PQF)合成による確率的量子回路は、Gridsynthのような標準プロトコルと比較してT$-countsを大幅に低下させるが、実行時に挿入される余分なゲートによる高回路ダイナミズムを導入する。 このダイナミズムは静的コンパイル時のルーティングを無効にするが、これら新しい$T$ゲートは、実行時間を最小化しながら、$T$ステートファクトリへの非交差アンシラパスを確立するために動的格子操作のルーティングを必要とする。 これを解決するために、PQF合成量子回路のランタイムルーティングプロトコルである$\text{R}^2$-PQFを導入する。 $\text{R}^2$-PQF は、前の論理タイムステップの実行中にゲートを層ごとに動的にルーティングする。 厳密な計算窓である$\sim t_{lattice\_surgery} + t_{reaction}$および非断面積制約を満たすため、Wavefront Breadth-First Search (W-BFS)を実装し、500MHz FPGAと2GHz ASICで合成する。 2GHzのクロックサイクルに対して、300キュービットのIsing Hamiltonian回路に対して1.51 μs$の論理的時間ステップを達成し、$\text{R}^2$-PQFが実行ウィンドウ内のほとんどのパス(例外を除いて)を解決し、レイテンシのペナルティを伴わないPQFの$T$countメリットを実現することを実証した。 ベースラインストールングベースのソリューション(唯一の実行時再計算ソリューション)と比較して、$\text{R}^2$-PQFは回路実行を平均1.34\times$、最大1.76 \times$で高速化する。

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