ATHENA:一种面向分布式量子计算机优化调度的编译器

分布式量子计算机(DQCs)通过光子互连将较小的芯片连接起来,从而实现大规模系统。DQCs利用隐形传态技术在不同芯片之间移动量子比特,并执行跨芯片的CNOT门操作。然而,非本地CNOT门的执行速度比芯片内的本地CNOT门慢4.3-7.7倍,错误率高出4倍,这会降低程序的保真度。现有编译器将存在重叠量子比特的CNOT门分组为块,并针对每个块集体优化隐形传态方案。然而,块级调度存在两个关键缺陷。首先,它缺乏跨块的超前预判能力,因为在处理下一个块之前,它会为当前块选择最优调度方案。因此,该方案无法评估一次隐形传态对未来块的影响。研究表明,简单地将预判窗口扩大以包含后续块并不能解决这一问题。其次,现有方法在前序块完全调度完成之前,不会调度后续块的操作或其所需的隐形传态,从而引入了延迟和时延开销。该团队提出了ATHENA,一种基于两个关键洞见来解决这些局限性的DQC编译器:效用驱动的多候选块调度预判(UMS)和EPR容量感知的提前调度(EES)。UMS在调度一个块时,仅在其预判窗口中考虑有用的未来块。若一个未来块与当前正在调度的块共享重叠量子比特,则该未来块具有效用。UMS还在编译过程中维护多个调度方案,从而避免在编译早期就锁定全局次优的调度方案。EES使ATHENA能够在EPR资源可用时,提前调度未来操作及其重定位。评估结果表明,与现有最优方案相比,ATHENA平均减少34%的隐形传态操作,最高可达65%;平均降低2倍的延迟,最高可达2.9倍。
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提交arXiv: 2026-05-20 22:43

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