The noisy and lengthy nature of quantum communication hinders the development of distributed quantum computing. The inefficient design of existing compilers for distributed quantum computing worsens the situation. Previous compilation frameworks couple communication hardware with the implementation of expensive remote gates. However, we discover that the efficiency of quantum communication, especially collective communication, can be significantly boosted by decoupling communication resources from remote operations, that is, the communication hardware would be used only for preparing remote entanglement, and the computational hardware, the component used to store program information, would be used for conducting remote gates. Based on the observation, we develop a compiler framework to optimize the collective communication happening in distributed quantum programs. In this framework, we decouple the communication preparation process in communication hardware from the remote gates conducted in computational hardware by buffering EPR pairs generated by communication hardware in qubits of the computational hardware. Experimental results show that the proposed framework can halve the communication cost of various distributed quantum programs, compared to state-of-the-art compilers for distributed quantum computing.


翻译:量子通信的吵闹和冗长性质阻碍了分布式量子计算的发展。 用于分布式量子计算的现有编制者设计效率低下使情况恶化。 先前的汇编框架将通信硬件与实施昂贵的远程大门结合起来。 然而,我们发现量子通信的效率,特别是集体通信的效率可以通过从远程操作中分离通信资源而得到显著提高,也就是说,通信硬件将只用于准备远程缠绕,而用于存储程序信息的计算硬件,即用于存储远程程序信息的计算硬件,将被用于实施远程大门。 根据观察,我们开发了一个汇编框架,优化分布式量子计算机中的集体通信。在此框架内,我们通过缓冲计算式硬件中由通信硬件生成的 EPR 配对在计算式硬件中进行的远程端端的通信硬件通信准备过程。 实验结果表明,拟议的框架可以将各种分布式量子方案的通信成本减半,而与分布式量子计算的最新汇编者相比。

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