As quantum computing technology continues to mature, industry is adopting modular quantum architectures to keep quantum scaling on the projected path and meet performance targets. However, the complexity of chiplet-based quantum devices, coupled with their growing size, presents an imminent scalability challenge for quantum compilation. Contemporary compilation methods are not well-suited to chiplet architectures. In particular, existing qubit allocation methods are often unable to contend with inter-chiplet links, which don't necessary support a universal basis gate set. Furthermore, existing methods of logical-to-physical qubit placement, swap insertion (routing), unitary synthesis, and/or optimization are typically not designed for qubit links of wildly varying levels of duration or fidelity. In this work, we propose SEQC, a complete and parallelized compilation pipeline optimized for chiplet-based quantum computers, including several novel methods for qubit placement, qubit routing, and circuit optimization. SEQC attains up to a 36% increase in circuit fidelity, accompanied by execution time improvements of up to 1.92x. Additionally, owning to its ability to parallelize compilation, SEQC achieves consistent solve time improvements of 2-4x over a chiplet-aware Qiskit baseline.


翻译:随着量子计算技术的持续发展,工业界正采用模块化量子架构,以保持量子扩展按预期路径进行并满足性能目标。然而,基于芯粒的量子设备的复杂性,加上其不断增大的规模,给量子编译带来了迫在眉睫的可扩展性挑战。当代编译方法并不十分适合芯粒架构。具体而言,现有的量子比特分配方法通常无法有效处理芯粒间连接,这些连接不一定支持通用的基础门集。此外,现有的逻辑-物理量子比特布局、交换插入(路由)、酉合成和/或优化方法通常并非为持续时间或保真度差异巨大的量子比特连接而设计。在本工作中,我们提出了SEQC,一个为基于芯粒的量子计算机优化的完整且并行化的编译流程,其中包括几种新颖的量子比特布局、量子比特路由和电路优化方法。SEQC实现了高达36%的电路保真度提升,同时执行时间最高可改善1.92倍。此外,得益于其并行化编译的能力,SEQC相比一个具备芯粒感知能力的Qiskit基线,实现了持续2-4倍的求解时间改进。

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