量子ネットワーキングスタートアップのmemQ Inc.は、マルチプロセッサ分散量子アーキテクチャ全体で量子プログラムをコンパイル、分割、スケジュールするように設計された、オープンソースでモダリティ非依存のソフトウェアフレームワークであるmemQ DQC（バージョン0.1.2-beta）を正式にリリースしました。arXivで公開された技術プレプリント（arXiv:2609.15728）とPythonライブラリ（GitHubリポジトリ）を伴って、このフレームワークはモノリシックな回路コンパイラとネットワークレベルのシミュレータの間のギャップを埋め、エンタングルメントベースの分散量子コンピューティング（DQC）のためのソフトウェア・ハードウェア協調設計に取り組みます。
物理的な制約によりモノリシック量子処理ユニット（QPU）の拡張が制限される中、数百の物理量子ビットを超えるスケーリングは、アインシュタイン・ポドルスキー・ローゼン（EPR）エンタングル対を用いて複数のQPUを相互接続することに依存しています。しかし、量子プログラムの分散化は複雑なトレードオフをもたらします。クロスQPU操作には、状態テレポーテーション（プロセッサ間での量子ビット状態の移動）またはゲートテレポーテーション（Cat-Entangler/Disentanglerプロトコルによるリモート制御ゲートの実行）のいずれかが必要です。
memQ DQCフレームワークにより、研究者はインタラクティブなQuantum Network Constructor（QNC）を使用して、QPU内の量子ビット接続マップとともに、任意のQPU間ネットワークトポロジ（チェーン、リング、ハブ、グリッド、オールツーオール）を定義できます。コンパイラは標準のOpenQASM回路を入力として受け取り、ハードウェア容量の制約に基づいてネットワークノード全体に操作を分割し、リモートゲートをルーティングし、分散OpenQASMファイルを出力します。
このフレームワークには、決定的スケジューラと離散イベント（確率的）スケジューラの両方と組み合わせたマルチアルゴリズムコンパイラが含まれています。スケジューラは、ヘラルド型リモートエンタングルメント生成のためのポアソン分布に従う光子到着イベントをモデル化し、リンク調停、ゲート実行時間、および総スケジュール完了時間（メイクスパン）を追跡します。
| [ memQ DQCソフトウェアアーキテクチャと主要コンポーネント ] | ||
|---|---|---|
| コンポーネント / モジュール | 機能的な役割 | アルゴリズムとアーキテクチャの詳細 |
| Quantum Network Constructor | ネットワーク仕様 | QPU内レイアウト、QPU間リンク、および忠実度パラメータを定義するJSONトポロジファイルを生成します。 |
| Dynamic Interaction Partitioner | セグメント化回路分割 | 時間セグメントにわたってKernighan-Linグラフ分割を適応させ、リモートSWAPによる動的な量子ビット再配置を可能にします。 |
| Hypergraph Partitioner | ゲートパケット最適化 | KaHyParハイパーグラフ分割を使用して、リモートゲートのグループ化（Cat-Entangler/Disentanglerの再利用）を最大化します。 |
| Verification Engine | 等価性検証 | 元のモノリシック回路（Statevector/Sampling）に対する測定結果の分布の等価性を検証します。 |
| Discrete-Event Scheduler | ハードウェアタイムラインへのマッピング | FIFO、Shortest-Duration、またはCritical-Pathリンク調停ポリシーの下でタイムスタンプを割り当てます。 |
Quantum Fourier Transform（QFT）、Quantum Volume、Addersなどのアルゴリズムにわたるベンチマーク研究において、著者らはコンパイル性能がハードウェアトポロジに大きく依存することを実証しました：
- QPU内接続性の影響：QPU内の接続性の想定をオールツーオール（例：イオントラップ）から最近傍（例：超伝導）に変更すると、18量子ビットQFT回路において、ローカルSWAPルーティングがリモートゲートグループを分割するため、EPRペアの総消費量が10倍以上増加しました。
- アルゴリズム依存戦略：Hypergraphパーティショナーは、構造化されたAddersでベースラインと比較してEPRコストを83.7%削減しました。一方、Dynamic Interactionパーティショナーは、非構造化Quantum Volume回路で優れていることが証明されました。
- リンク調停：スケジューラに競合を意識したリンク調停を実装することで、輻輳したネットワークリンク上での標準的なFIFOキューイングと比較して、総実行完了時間が約18%短縮されました。
memQリソースの発表はこちらで確認し、GitHubのソフトウェアリポジトリはこちらで調べ、arXivの技術プレプリントはこちらで読み、Read the DocsのAPIドキュメントはこちらで閲覧できます。
2026年9月24日
