Ion traps stand at the forefront of quantum hardware technology, presenting unparalleled benefits for quantum computing, such as high-fidelity gates, extensive connectivity, and prolonged coherence times. In this context, we explore the critical role of shuttling operations within these systems, especially their influence on the fidelity loss and elongated execution times. To address these challenges, we have developed BOSS, an efficient blocking algorithm tailored to enhance shuttling efficiency. This optimization not only bolsters the shuttling process but also elevates the overall efficacy of ion trap devices. We experimented on multiple applications using two qubit gates up to 4000+ and qubits ranging from 64 to 78. Our method significantly reduces the number of shuttles on most applications, with a maximum reduction of 96.1%. Additionally, our investigation includes simulations of realistic experimental parameters that incorporate sympathetic cooling, offering a higher fidelity and a refined estimate of execution times that align more closely with practical scenarios.


翻译:离子阱技术处于量子硬件的前沿,为量子计算提供了无与伦比的优势,例如高保真度门、广泛的连接性和长的相干时间。在此背景下,我们探讨了穿梭操作在这些系统中的关键作用,特别是其对保真度损失和执行时间延长的影响。为了应对这些挑战,我们开发了BOSS,一种专为提升穿梭效率而设计的高效分块算法。这种优化不仅增强了穿梭过程,也提升了离子阱设备的整体效能。我们在多个应用上进行了实验,使用了多达4000个以上的双量子比特门以及64到78个量子比特。我们的方法在大多数应用上显著减少了穿梭次数,最大减少幅度达96.1%。此外,我们的研究还包括了对包含交感冷却的现实实验参数的模拟,这提供了更高的保真度,以及对执行时间更贴合实际场景的精确估计。

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