qstack:面向容错量子程序的组合式端到端编译
编译量子程序以实现容错执行,需要将高级操作通过多个抽象层进行转换:从逻辑门到纠错编码,再到硬件原生指令。一个关键挑战在于,量子纠错将纯量子程序转变为量子-经典混合程序,其中来自综合征测量的经典反馈在运行时驱动量子修正。现有的编译框架分别处理这些量子与经典组件,要求在编译的每个阶段手动调整经典逻辑,同时保持程序语义不变。本文提出 qstack,一个基于纯量子中间表示构建的编译器框架,其中经典逻辑仅通过不透明的回调(可用任何经典语言编写)进行访问。该框架的核心机制——回调包装——实现了组合式编译:每个编译器流程会自动调整量子操作及其相关的经典回调,并且由回调动态生成的任何内核都会通过完整流水线进行编译。这使得 ISA 翻译和量子纠错能够被表达为可组合的编译器流程,包括纠错码的级联,而无需人工干预。该团队展示了从高级门集通过 Clifford 门到离子阱原生操作的端到端编译,其中包含比特翻转和相位翻转重复码、Steane 码以及通过组合两个重复流程得到的 Shor 码。

