面向 QCCD 的无移动式编译：通过灵活执行与低过剩搬运实现开销最小化

大规模容错量子计算最具前景的路径之一是使用量子纠错稳健码。与其他量子电路一样，这些稳健码必须被编译到硬件中，以最小化系统引入的总物理误差，例如由于高延迟执行或过多门操作来满足目标硬件的连通性限制。然而，与任意量子电路不同，所有 syndrome 提取电路都具有若干常见属性，例如具有二分图连通性、仅由互补子电路组成等。大多数编译方法致力于通用化，能够将任何输入电路映射到硬件上，因此无法充分利用这些属性，导致可执行程序引入更大的物理误差。在模块化 trapped ion 系统中，具体而言是 QCCD， 这对应于为实现任意量子比特相互作用而插入过多的搬运操作。我们提出一种专为 QEC 电路结构规律性量身定制的编译方案，基于若干关键观察：1.只有 ancilla 或 data（但非两者兼具）应被搬运；2.稳定子可以以任意顺序执行，这使我们能够基于每个循环动态修改电路执行方式；3. ancilla 互不区分，这意味着可以选择任意一个开始稳定子测量并保持在循环之间固定的映射；4.QCCD 硬件限制平行操作的数量等于系统中笼的数量，这意味着所需的 ancilla 更少且可以重复使用。我们的编译器导致的 QEC 电路平均执行速度提高 3.38 倍，实际物理误差下可实现逻辑误差率提升两个数量级。