抑制容错量子计算中 Clifford 开销的编译器-架构协同设计
量子物理
2026-05-26 v2
摘要
量子纠错（QEC）码构成了容错量子计算（FTQC）的基础，且主要使用 Clifford+T 门集。近期，Clifford 操作已成为实现 QEC 的关键性能瓶颈。尽管诸如基于 Pauli 的编译（PBC）等最先进方法通过将 Clifford 门转化为 Pauli 测量来减少 Clifford 开销，但这是以牺牲门级并行为代价的，从而增加了电路深度和执行时间。为了克服这些局限性，我们引入了 TACO，一个通过电路和架构优化来解决 Clifford 瓶颈的编译器-架构协同设计框架。TACO 利用 FTQC 的洞察来指导硬件感知的 Clifford 门消除和电路重构，并利用由此产生的优化电路来改进架构设计。TACO 应用 FTQC 特定的变换，在保持门级并行性的同时，激进地减少来自旋转综合和 Toffoli 分解的 Clifford 开销。由此产生的架构针对这些电路的局部性和数据移动模式进行了优化，从而实现高吞吐量、高资源效率的执行。我们在多种基准测试上的评估表明，与最先进的基线相比，TACO 实现了高达 21.9 倍（平均 4.4 倍）的执行时间缩减。
引用
@article{arxiv.2412.15434,
title = {Transpiler-Architecture Co-Design to Curb Clifford Costs in Fault-Tolerant Quantum Computing},
author = {Meng Wang and Chenxu Liu and Samuel Stein and Yufei Ding and Poulami Das and Prashant J. Nair and Ang Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.15434},
year = {2026}
}