QROB: quantificare l’overhead di realizzazione nella compilazione quantistica mediante costruzione inversa

Abstract degli autori

La compilazione quantistica concilia la topologia idealizzata delle interazioni di un programma con i vincoli di località dell’hardware, ma le valutazioni su larga scala non dispongono di riferimenti calibrati per l’overhead di realizzazione. Presentiamo QROB, una metodologia scalabile di costruzione inversa che genera istanze di compilazione a partire da configurazioni direttamente realizzabili, conservando i percorsi inversi come riferimenti praticabili e indipendenti dal compilatore. QROB offre una base di valutazione comune per il routing SWAP in ambito NISQ e per la pianificazione della lattice surgery in ambito fault-tolerant, estendendo al contempo il suo principio di conservazione dei riferimenti alla pianificazione dell’accesso alla memoria quantistica soggetta a vincoli di capacità. Nelle valutazioni di sistemi da 9 a 156 qubit, QROB si dimostra utile sia come benchmark diagnostico sia come fonte di dati. Primo, per la caratterizzazione dei compilatori, QROB rivela notevoli divari di realizzazione negli strumenti esistenti: i compilatori NISQ comportano costi SWAP fino a 24,1 volte superiori al riferimento, mentre i compilatori fault-tolerant richiedono tempi complessivi fino a 7,0 volte superiori al makespan di riferimento. Secondo, come fonte di supervisione per la compilazione basata sui dati, un router addestrato sui riferimenti di QROB supera Qiskit SABRE nell’84,8% dei circuiti applicativi del mondo reale. Infine, sull’hardware reale, le realizzazioni di riferimento di QROB raggiungono un tasso mediano di sopravvivenza dei circuiti mirror pari a 1,65 volte quello delle compilazioni complete con Qiskit O3, su tre processori IBM Heron-r2 da 156 qubit, dimostrando che colmare i divari nella compilazione algoritmica si traduce direttamente in guadagni di fedeltà fisica.