量子物理学
标题: 异质超导量子计算机的微结构
摘要: 近年来,噪音中间尺度量子计算(NISQ)占据了头条新闻,容错量子计算(FTQC)的长期愿景提供了巨大的潜力,尽管目前资源成本和量子纠错(QEC)开销很难控制。 对于感兴趣的问题,FTQC将需要数百万个具有长相干时间、高保真门和紧凑尺寸的物理量子位来超越经典系统。 正如异构专业化在经典计算中提供了扩展优势一样,它也同样对FTQC产生了兴趣。 然而,由于巨大的设计空间和可变的物理约束,在FTQC系统的硬件或软件元素中系统地使用异构性仍然是一个严重的挑战。 本文介绍了HetArch,一个用于设计异质量子系统的工具箱,并使用它来探索异质设计场景,从而迎接了使异质FTQC设计实用化的挑战。 使用层次化方法,我们连续地将量子算法分解为更小的操作(类似于经典应用程序内核),从而大大简化了设计空间并进行了权衡。 我们专门研究超导系统,然后设计由各种超导设备组成的优化异构硬件,将物理约束抽象为设计规则,使设备能够组装成针对特定操作进行优化的标准单元。 最后,我们提供了一个异构设计空间探索框架,该框架将模拟负担降低了10^4或更多,并允许我们表征最佳设计点。 我们使用这些技术来设计超导量子模块,用于纠缠蒸馏、纠错和代码隐形传送,与均匀系统相比,错误率降低了2.6倍、10.7倍和3.0倍。