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ACM的通讯

研究亮点

技术视角:对量子架构应用设计空间探索


两个箭头指向一个离子,插图

Quantum Computing Machines在过去的20年里取得了巨大进展,通过三个数量级,量子运营提高了量子。现在部署非琐碎尺寸的机器作为云服务,可提供24/7。然而,缺乏系统的系统设计空间研究如何扩展这些机器。在下文中,Murali等人。展示了第一个在缩放捕获离子量子架构进行了此类研究,其结果挑战了该领域的实验主义智慧的挑战。

捕获的离子是实现量子位(QUBITS)的非常有希望的技术。它们非常一致可靠。事实上,该技术就像用于原子钟的那样。带电离子被困在电磁场中。每个离子代表一个量子位,并且通过在特定频率下将离子撞击离子来实现Qubits上的逻辑操作。Qubit读数也用激光脉冲实现,其中离子仅在“1”状态下发射光子(并且用相机检测光子)。

试图构建大型捕获离子系统的实验主义者通常落入两个阵营 - 那些专注于通过它们之间移动的小陷阱构建小陷阱,以及专注于与许多离子建造大型陷阱的陷阱。主要设计目标是最小化错误。大型陷阱避免了移动离子可能发生的误差,但由于陷阱内离子的相互作用,可能会产生比小疏水阀更多的误差。这两个领先的行业球员是这两个营地的良好示例。IonQ从一个大型陷阱有良好的成功建筑机。霍尼韦尔已经建造了一些非常可靠的,较小的机器,具有非常小的陷阱,通过离子可以通过通道连接。

以下纸张显示最佳解决方案是在其间的某个地方,这取决于应用特征。这对古典系统设计师来说,这对古典系统设计师来说也许并不令人惊讶的是,它没有小任务,可以创建映射到量子机器所需的软件工具和噪声模型。移动离子加热它们,这可能导致它们体验更高的错误率其余的计算。捕获陷阱中的许多离子需要任何两个离子之间的操作速度较慢,并且可以增加这些操作的误差和其他离子。

本文的关键特征之一是,计算机科学家和物理学家之间是一种合作。为了严格探索设计空间,构建了编译器和仿真工具,将应用程序自动映射到一个体系结构,然后在这些架构上建模并导致错误。这正是我们需要指导可扩展量子系统的演变的那种工作,并在加速我们对实际量子计算的进展中的工具。


以下论文的关键特征之一是,它是计算机科学家和物理学家之间的合作。


事实上,在设计设计中,研究和训练有素的研究人员缺乏关键缺乏量子计算系统。在最近与量子行业的会晤中,我与两个领先的发展组织发表过。一组主要由物理学家组成,这对他们遇到的每个问题提出了良好的技术解决方案,但他们的经理认为他们需要更好地了解如何评估更大的设计空间并考虑替代解决方案。另一组由大多数古典控制工程师组成,他们的经理认为他们需要更多的量子知识,以便他们可以更好地理解他们的设计。显然,需要一些交叉培训和跨学科知识。

本文是这种跨学科工作可以实现的重要例子。具体而言,陷阱离子设计空间中的极端都不可能实现长期所需的可扩展性。一种快乐的媒介,针对目标应用领域的特征量身定制,是这项工作的明显含义。该结果将大大指导未来量子机的演变,我希望看到这种性质的更多设计空间研究,因为量子计算机系统设计的发展。

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作者

Frederic T. Chong.是芝加哥大学计算机科学系中的Seymour Goodman教授,Super.Tech,芝加哥,伊利诺伊州的首席科学家。美国。

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脚注

查看随附的论文,访问doi.acm.org/10.1145/3511064


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