1カリフォルニア大学ロサンゼルス校コンピューターサイエンス学部 90095
2ハーバード大学物理学科、ケンブリッジ、マサチューセッツ州 02138
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抽象
動的フィールドプログラマブル量子ビットアレイ (DPQA) は、量子情報処理の有望なプラットフォームとして最近登場しました。 DPQA では、原子量子ビットが光トラップのアレイに選択的にロードされ、計算自体中に再構成できます。量子ビット転送と並列量子もつれ量子操作を活用すると、量子ビットの異なるペア(最初は遠く離れていたものであっても)を、量子プログラム実行のさまざまな段階でもつれさせることができます。このような再構成可能性と非ローカル接続は、特に量子ビットを配置および配線し、ゲートをスケジュールするレイアウト合成ステップにおいて、コンパイルに新たな課題をもたらします。この論文では、複数のアレイを含み、最先端の実験プラットフォームを表す 2D アレイの移動をサポートする DPQA アーキテクチャについて考察します。このアーキテクチャ内で、状態空間を離散化し、充足可能性モジュロ理論の問題としてレイアウト合成を定式化します。これは、回路の深さの観点から既存のソルバーで最適に解決できます。複雑な接続性を持つランダム グラフによって生成された一連のベンチマーク回路の場合、コンパイラー OLSQ-DPQA は、小さな問題インスタンスでの 1.7 量子ビットもつれゲートの数を、固定平面アーキテクチャーでの最適なコンパイル結果と比較して 5.1 倍削減します。この方法のスケーラビリティと実用性をさらに向上させるために、古典的な集積回路ルーティングにおける反復ピーリング アプローチにヒントを得た貪欲なヒューリスティックを導入します。貪欲な手法と最適な手法を組み合わせたハイブリッド アプローチを使用して、DPQA ベースのコンパイル済み回路が、グリッド固定アーキテクチャと比較してスケーリング オーバーヘッドが削減され、その結果、90 量子ビット量子回路の XNUMX 量子ビット ゲートが XNUMX 分の XNUMX に削減されることを実証します。これらの方法により、中性原子量子コンピューターを使用したプログラム可能な複雑な量子回路が可能になるだけでなく、将来のコンパイラーと将来のハードウェアの選択の両方に情報が提供されます。
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[2] Daniel Bochen Tan、Shuohao Ping、および Jason Cong、「正確な 2 値行列の因数分解に基づく 1D 制御による XNUMXD 量子ビット配列の深さ最適化」、 arXiv:2401.13807, (2024).
[3] Hanrui Wang、Bochen Tan、Pengyu Liu、Yilian Liu、Jiaqi Gu、Jason Cong、Song Han、「Q-Pilot: Flying Ancillas を使用したフィールド プログラマブル量子アレイ コンパイル」、 arXiv:2311.16190, (2023).
[4] Ludwig Schmid、David F. Locher、Manuel Rispler、Sebastian Blatt、Johannes Zeiher、Markus Müller、Robert Wille、「ニュートラル原子量子プロセッサの計算能力とコンパイラ開発: ツール開発者とハードウェア専門家の接続」、 arXiv:2309.08656, (2023).
[5] Joshua Viszlai、Willers Yang、Sophia Fuhui Lin、Junyu Liu、Natalia Nottingham、Jonathan M. Baker、および Frederic T. Chong、「低オーバーヘッドのフォールトトレランスのための一般化自転車コードと中性アトムのマッチング」、 arXiv:2311.16980, (2023).
[6] Ludwig Schmid、Sunghye Park、Seokhyong Kang、Robert Wille、「ハイブリッド回路マッピング: 中性原子量子コンピューターの計算能力の全範囲を活用する」、 arXiv:2311.14164, (2023).
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