3D 중성 원자 양자 컴퓨터를 위한 컴파일러 프레임워크
요약
3D 중성 원자 양자 컴퓨터를 위한 새로운 컴파일러 프레임워크인 Piqasso를 소개합니다. 기존 평면 구조의 한계를 넘어 수직축을 활용함으로써 원자 수송 거리를 단축하고 실행 속도와 충실도를 크게 향상시켰습니다.
핵심 포인트
- 3차원 트위저 어레이를 활용한 수직 레이어 기반 컴파일러 개발
- 평면 내 충돌을 평면 외 우회로 해결하는 라우팅 기술 적용
- 기존 평면 컴파일러 대비 원자 수송 거리 2.1배 단축
- 실행 속도 최대 7.3배 향상 및 이동 충실도 2.2배 개선
중성 원자 양자 컴퓨터 (Neutral-atom quantum computers)는 이제 3차원 트위저 어레이 (tweezer arrays)에 원자를 배치할 수 있지만, 기존의 모든 컴파일러는 평면 기하 구조 (flat geometry)를 가정합니다. 우리는 저장 (storage), 얽힘 (entanglement), 판독 (readout)을 별도의 레이어로 쌓아 수직축을 활용하는 컴파일러인 Piqasso를 선보입니다. Piqasso의 파이프라인은 축 방향 광학 간격 (axial-clearance optics)을 준수하는 분석적 배치 (analytical placement)와, 짧은 수직 도약 (vertical hops)을 통해 게이트 파트너들을 결합하는 라우터 (router)를 결합합니다. 이 라우터는 평면 내 교차 충돌 (in-plane crossing conflicts)을 평면 외 우회 (out-of-plane detours)를 통해 우회하며, 초점 평면 (focal planes) 간의 수송을 병렬화하는 멀티-AOD 스케줄러 (multi-AOD scheduler)를 포함합니다. 34개의 회로에 대해 Piqasso는 최첨단 평면 컴파일러 (planar compiler) 대비 원자 수송 거리를 2.1$ imes$ 단축하였으며, 이를 통해 최대 7.3$ imes$ 빠른 실행 속도, 2.2$ imes$ 높은 이동 충실도 (movement fidelity), 그리고 1.8$ imes$ 적은 직렬 수송 라운드 (serialized transport rounds)를 달성하였으며, 이러한 모든 이점은 규모가 커질수록 확대됩니다.
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