关键量子原语高效编译的资源估算

在评估容错量子计算机时,资源估算是一个重大挑战。现有方法通常依赖于固定的架构假设或粗略的分析模型,这些模型无法捕捉硬件约束与电路编译之间的相互作用。这一挑战对于中性原子量子计算机尤为突出,其原子移动、测量区域和多物种阵列等架构特性为实施容错计算带来了广阔的设计空间。为满足硬件设计与实际应用开发之间更紧密的反馈需求,该研究团队提出了一种编译驱动的量子资源估算框架,该框架能将任意量子电路转化为具有已知物理资源成本的逻辑基元操作。该框架支持可灵活配置的硬件假设,从而实现对不同架构设计方案的快速比较。 通过将该方法应用于两个早期容错量子模拟与优化工作负载(假设采用表面码方案),研究人员揭示了若干架构趋势:虽然魔法态制备仍是这些基准测试中开销的主要来源,但原子移动能力可显著节省状态制备时间和重要横向门操作;随着问题规模扩大,路由和量子比特移动成为主要瓶颈,这凸显了移动感知编译优化与高效路由策略的必要性。最终研究结果表明,结合双物种阵列与可控量子比特移动的中性原子架构,为实现容错设备的近期优势提供了一条可行路径。

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提交arXiv: 2026-04-01 20:36

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