量子科技中心_量科网

有限的连通性使得非局域量子门在近邻硬件上代价高昂，传统的编译方式通常依赖SWAP传输，这会导致电路深度增加和路径拥塞。该团队提出了一种无SWAP路由框架，在该框架中，高维量子比特（qudit）的更高能级充当正交频谱总线，在不移动计算态的情况下传输控制信息。该团队证明，在近邻架构中实现精确的拥塞缓解需要局部希尔伯特空间扩展。在该模型中，一条长度为\(L\)的路径上的非局域操作需要\(2L+1\)个逻辑路由原语，而基准方案需要\(3L\)个。通过编码在同一物理高维量子比特中的总线标签，重叠的路径仍可区分。这种路由代数可扩展到公共目标上的布尔扇入：多个控制信号通过不同的总线到达，基于总线数字的任意布尔函数触发局部酉变换，从而得到深度为\(2L + D_g + O(1)\)的多控制操作，其中扇入规模为\(K\)，目标综合代价为\(D_g\)。该团队证明了CNOT和布尔扇入的可解码性、可逆性和正确性，并给出了精确重叠路由的状态数下界\(d \geq 2K+1\)。Cirq仿真验证了单控制正确性和零串扰。在QFT、QAOA和镜像交互电路上的编译器级基准测试验证了预测的拥塞规律和传输减少。带噪声的QuTiP仿真表明，架构优势依赖于高能级相干性和速度。这些结果将频谱高维量子比特路由识别为一种拥塞缓解架构，它将非局域控制传递与局域目标端聚合分离，为克服量子比特路由限制提供了一种最小化机制。