論文の概要: COMPAQT: Compressed Waveform Memory Architecture for Scalable Qubit
Control
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.03897v1
- Date: Wed, 7 Dec 2022 19:00:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 18:07:26.729578
- Title: COMPAQT: Compressed Waveform Memory Architecture for Scalable Qubit
Control
- Title（参考訳）: COMPAQT:スケーラブルな量子ビット制御のための圧縮波形記憶アーキテクチャ
- Authors: Satvik Maurya, Swamit Tannu
- Abstract要約: 超伝導アーキテクチャでは、クビットの状態はマイクロ波パルスを用いて操作される。
波形メモリは、キュービットを操作するのに数ギガバイト/秒の帯域を必要とする。
波形は高い圧縮性を示し、この特性を利用してスケーラブルで効率的なマイクロアーキテクチャを実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: On superconducting architectures, the state of a qubit is manipulated by
using microwave pulses. Typically, the pulses are stored in the waveform memory
and then streamed to the Digital-to-Analog Converter (DAC) to synthesize the
gate operations. The waveform memory requires tens of gigabytes per second of
bandwidth to manipulate the qubit. Unfortunately, the required memory bandwidth
grows linearly with the number of qubits. As a result, the bandwidth demand
limits the number of qubits we can control concurrently. For example, on
current RFSoCs-based qubit control platforms, we can control less than 40
qubits. In addition, the high memory bandwidth for cryogenic ASIC controllers
designed to operate within a tight power budget translates to significant power
dissipation, thus limiting scalability. In this paper, we show that waveforms
are highly compressible, and we leverage this property to enable a scalable and
efficient microarchitecture COMPAQT - Compressed Waveform Memory Architecture
for Qubit Control. Waveform memory is read-only and COMPAQT leverages this to
compress waveforms at compile time and store the compressed waveform in the
on-chip memory. To generate the pulse, COMPAQT decompresses the waveform at
runtime and then streams the decompressed waveform to the DACs. Using the
hardware-efficient discrete cosine transform, COMPAQT can achieve, on average,
5x increase in the waveform memory bandwidth, which can enable 5x increase in
the total number of qubits controlled in an RFSoC setup. Moreover, COMPAQT
microarchitecture for cryogenic CMOS ASIC controllers can result in a 2.5x
power reduction over uncompressed baseline. We also propose an adaptive
compression scheme to further reduce the power consumed by the decompression
engine, enabling up to 4x power reduction. We see less than 0.1% degradation in
fidelity when using COMPAQT despite using a lossy compression scheme.
- Abstract（参考訳）: 超伝導アーキテクチャでは、クビットの状態はマイクロ波パルスを用いて操作される。
通常、パルスは波形メモリに格納され、デジタル-アナログ変換器(dac)にストリームされてゲート操作を合成する。
波形メモリはキュービットを操作するのに毎秒数十ギガバイトの帯域を必要とする。
残念ながら、必要なメモリ帯域幅はキュービット数で線形に増加する。
その結果、帯域幅の需要は、同時に制御できるキュービットの数を制限する。
例えば、現在のrfsocsベースのqubitコントロールプラットフォームでは、40qubit未満のコントロールが可能です。
さらに、タイトな電力予算内で動作するように設計された極低温asicコントローラの高メモリ帯域幅は、大きな電力散逸につながり、スケーラビリティが制限される。
本稿では,波形が高圧縮性であることを示し,この特性を利用して,スケーラブルで効率的なマイクロアーキテクチャComputQT - Compressed Waveform Memory Architecture for Qubit Controlを実現する。
波形メモリは読み取り専用であり、compaqtはこれを活用してコンパイル時に波形を圧縮し、圧縮波形をオンチップメモリに格納する。
パルスを生成するために、CompAQTは実行時に波形を圧縮し、圧縮された波形をDACにストリームする。
ハードウェア効率のよい離散コサイン変換を用いることで、平均して波形メモリ帯域幅が5倍に増加し、RFSoC設定で制御される量子ビットの総数を5倍にすることができる。
さらに、低温CMOS ASICコントローラ用のCompaQTマイクロアーキテクチャは、圧縮されていないベースラインに対して2.5倍の電力削減をもたらす。
また,圧縮エンジンが消費する電力を最大4倍に削減する適応圧縮方式を提案する。
圧縮スキームの損失にもかかわらず, CompAQT を用いた場合, 忠実度は 0.1% 未満に低下する。
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