Ottimizzazione della lattice surgery basata sul flusso con pianificazione runtime dei gate T

Abstract degli autori

La lattice surgery sul surface code è una delle principali strade verso la computazione quantistica tollerante ai guasti. La compilazione dei circuiti logici in operazioni di lattice surgery è un passaggio cruciale, che determina il costo in risorse di un calcolo. I compilatori precedenti si basano su ipotesi idealizzate e resta da svilupparne uno adatto a contesti pratici. I lavori esistenti o non sono scalabili oppure instradano un gate alla volta all’interno di un layer: di conseguenza, l’embedding dipende dall’ordine dei gate e si perdono le opportunità di instradarne molti simultaneamente. Inoltre, presuppongono che gli stati magici siano sempre disponibili e non abbiano costi, benché prepararne uno costi più di un’operazione di Clifford. Presentiamo FlowRouter, il primo compilatore topologico per lattice surgery che colloca l’instradamento Clifford e la coltivazione stocastica degli stati magici all’interno di un unico embedding 3D. In fase di compilazione, FlowRouter formula l’instradamento di un intero layer del circuito come un problema di flusso massimo, inserendo simultaneamente molti gate nell’embedding. In fase di esecuzione, consente di coltivare stati magici in ogni patch inattiva, supporta il processo realistico di coltivazione con multiplexing e post-selezioni a più stadi e assorbe la stocasticità introducendo meccanismi di ritardo che aggiungono il minor volume spazio-temporale possibile. Supponendo che gli stati magici siano gratuiti, FlowRouter riduce il volume spazio-temporale di 2,3 volte e compila 10,8 volte più rapidamente del compilatore statico topologico per lattice surgery più avanzato. Nella configurazione che tiene conto della coltivazione e include i costi sia delle operazioni di Clifford sia degli stati magici, FlowRouter riduce il volume spazio-temporale di 2,3 volte su un surface code di distanza 13 rispetto al compilatore runtime più avanzato.