MagiCFirm: un runtime per la coltivazione degli stati magici con co-progettazione algoritmo-hardware

Abstract degli autori

La coltivazione degli stati magici offre un’alternativa promettente per ridurre il costo delle operazioni non di Clifford nella computazione quantistica tollerante ai guasti (FTQC). Tuttavia, realizzare concretamente la coltivazione pone due sfide: (i) la mancanza di un livello runtime classico open source tra il software logico e il controllo fisico e (ii) i vincoli di latenza sulle decisioni specifiche del protocollo che determinano la disponibilità degli stati magici. Per affrontare queste sfide, adottiamo un approccio di co-progettazione algoritmo-hardware. A livello algoritmico, sviluppiamo uno schema di early escape in due fasi che individua offline un sottoinsieme informativo di detector, costruisce un problema di decodifica compatto ed esegue una decodifica parziale in parallelo con quella completa durante l’esecuzione, consentendo ai tentativi con un alto grado di confidenza di procedere prima che la decodifica completa sia terminata. A livello hardware, presentiamo MagiCFirm, un runtime configurabile che combina microprogrammi compilati offline con datapath dedicati alla costruzione dei detector, all’elaborazione degli eventi e al controllo del protocollo, consentendo l’esecuzione end-to-end della coltivazione degli stati magici. Nelle configurazioni valutate, MagiCFirm riduce fino al 39,3% il tempo wall-clock di preparazione degli stati magici, a parità di tasso di errore logico. Per un carico di lavoro rappresentativo limitato dagli stati magici, questo si traduce in una riduzione stimata dell’11% del tempo di esecuzione complessivo dell’applicazione.