論文の概要: Microarchitectures for Heterogeneous Superconducting Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.03243v1
- Date: Fri, 5 May 2023 02:01:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-08 15:38:02.592531
- Title: Microarchitectures for Heterogeneous Superconducting Quantum Computers
- Title（参考訳）: 不均一超伝導量子コンピュータのためのマイクロアーキテクチャ
- Authors: Samuel Stein, Sara Sussman, Teague Tomesh, Charles Guinn, Esin Tureci,
Sophia Fuhui Lin, Wei Tang, James Ang, Srivatsan Chakram, Ang Li, Margaret
Martonosi, Fred T. Chong, Andrew A. Houck, Isaac L. Chuang, and Michael
Austin DeMarco
- Abstract要約: 本稿では異種量子システムを設計するためのツールボックスであるHetArchを紹介する。
超伝導システムに特化して、様々な超伝導デバイスからなる最適化された異種ハードウェアを設計する。
これらの手法を用いて, エンタングルメント蒸留, エラー補正, コードテレポーテーションのための超伝導量子モジュールを設計し, 均一系と比較して誤差率2.6x, 10.7x, 3.0xを低減した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.466549927004507
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Noisy Intermediate-Scale Quantum Computing (NISQ) has dominated headlines in
recent years, with the longer-term vision of Fault-Tolerant Quantum Computation
(FTQC) offering significant potential albeit at currently intractable resource
costs and quantum error correction (QEC) overheads. For problems of interest,
FTQC will require millions of physical qubits with long coherence times,
high-fidelity gates, and compact sizes to surpass classical systems. Just as
heterogeneous specialization has offered scaling benefits in classical
computing, it is likewise gaining interest in FTQC. However, systematic use of
heterogeneity in either hardware or software elements of FTQC systems remains a
serious challenge due to the vast design space and variable physical
constraints.
This paper meets the challenge of making heterogeneous FTQC design practical
by introducing HetArch, a toolbox for designing heterogeneous quantum systems,
and using it to explore heterogeneous design scenarios. Using a hierarchical
approach, we successively break quantum algorithms into smaller operations
(akin to classical application kernels), thus greatly simplifying the design
space and resulting tradeoffs. Specializing to superconducting systems, we then
design optimized heterogeneous hardware composed of varied superconducting
devices, abstracting physical constraints into design rules that enable devices
to be assembled into standard cells optimized for specific operations. Finally,
we provide a heterogeneous design space exploration framework which reduces the
simulation burden by a factor of 10^4 or more and allows us to characterize
optimal design points. We use these techniques to design superconducting
quantum modules for entanglement distillation, error correction, and code
teleportation, reducing error rates by 2.6x, 10.7x, and 3.0x compared to
homogeneous systems.
- Abstract（参考訳）: Noisy Intermediate-Scale Quantum Computing (NISQ) は近年,障害耐性量子計算 (FTQC) の長期的ビジョンによって,現在難易度の高いリソースコストと量子エラー補正 (QEC) のオーバーヘッドが実現されている。
興味深い問題のためにftqcは、長いコヒーレンス時間、高忠実度ゲート、コンパクトサイズを持つ数百万の物理キュービットを必要とする。
異種特殊化が古典コンピューティングにおけるスケーリングの利点を提供しているのと同様に、FTQCにも関心を寄せている。
しかしながら、FTQCシステムのハードウェアまたはソフトウェア要素における異種性の体系的利用は、膨大な設計空間と可変物理制約のために深刻な課題である。
本稿では、不均一な量子システムを設計するためのツールボックスであるHetArchを導入し、不均一な設計シナリオを探索することで、不均一なFTQC設計を実現するという課題を満たす。
階層的なアプローチを用いることで、量子アルゴリズムをより小さな演算(古典的なアプリケーションカーネルと同様)に分割し、設計空間を大幅に単純化し、結果としてトレードオフをもたらす。
超伝導システムに特化して、様々な超伝導デバイスからなる最適化された異種ハードウェアを設計し、物理的制約を設計ルールに抽象化し、特定の操作に最適化された標準セルにデバイスを組み立てる。
最後に,シミュレーションの負担を10^4以上削減し,最適な設計ポイントを特徴付ける異種設計空間探索フレームワークを提案する。
これらの手法を用いて, エンタングルメント蒸留, エラー補正, コードテレポーテーションのための超伝導量子モジュールを設計し, 均一系と比較して誤差率2.6x, 10.7x, 3.0xを低減した。
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