NAQsim: framework di simulazione dell’architettura full-stack per una computazione quantistica veloce ed efficiente in termini di spazio con atomi neutri

Abstract degli autori

I progressi tecnologici nelle piattaforme con atomi neutri hanno aperto una nuova strada verso la progettazione di protocolli efficienti per la computazione quantistica tollerante ai guasti (FTQC). Tuttavia, ogni operazione fisica è ancora più lenta di ordini di grandezza rispetto a quelle di altre piattaforme, come quelle basate su qubit superconduttivi. Gli architetti devono quindi individuare architetture FTQC veloci ed efficienti, e per farlo hanno bisogno di strumenti di modellazione affidabili che consentano di esplorare diverse scelte progettuali tra gli stack software, hardware classico e dispositivi quantistici delle piattaforme con atomi neutri. In questo articolo proponiamo NAQsim, un framework open source per la simulazione di architetture FTQC con atomi neutri basate su gate trasversali. La sua caratteristica principale è consentire una valutazione dettagliata dell’architettura full-stack, aprendo nuove possibilità per esplorare colli di bottiglia prestazionali finora trascurati. Come primo caso d’uso di NAQsim, individuiamo uno di questi colli di bottiglia, le rotazioni delle patch, eseguiamo una co-ottimizzazione full-stack e infine ricaviamo un’architettura quasi priva di rotazioni (D3-ROT). Nei carichi di lavoro pratici usati come benchmark FTQC, D3-ROT ottiene un’accelerazione di 2,27× dovuta soltanto a questo collo di bottiglia, con un overhead minimo in termini di ingombro. Questi risultati indicano uno spazio molto più ampio di ottimizzazioni full-stack che NAQsim rende accessibile alle architetture a codice di superficie con gate trasversali e oltre.