Cryo-aware system architecture for quantum computers

量子计算机的低温感知系统架构

• 批准号: 22K17868
• 负责人: 谷本 輝夫
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K17868/
• 关键词: 量子コンピュータ; 命令デコード; 量子コンピュータ・システム・アーキテクチャ

量子コンピュータは従来の計算機では効率よく解けない問題を解く方法として注目されている．中でも，誤り耐性量子コンピュータは，超伝導量子ビットの高集積性は，その実現可能性に大きく貢献すると考えられている．本研究では，量子プロセッサの量子ビットが今後増加することを見据えた量子ビットの制御に必要な古典デジタル処理回路の設計空間探索を行うことを目的とする．プログラマブルな量子コンピュータを実現するためには，プログラム（量子回路）を実行時にデコード，スケジューリングする必要がある．要求される命令発行スループットは量子ビット数に応じて増加する．そのため，今後搭載量子ビット数が増加すると古典処理が量子ゲート操作のスループットを律速しかねない．超伝導量子ビットは極低温環境で動作するため，同じく極低温環境で動作する単一磁束量子（SFQ）の制御回路への利用がこの問題の解決に有用であると考えられる．そこで，量子，古典それぞれの基本アーキテクチャを定義した上で古典処理の性能および電力モデリングに基づき設計空間探索を行う．さらに，具体的なアルゴリズムを対象としたケーススタディを行う．今年度は，誤り耐性量子コンピュータのデコーダに要求される機能について調査検討を行い，基本アーキテクチャの具体的な設計の準備を行った．量子ビットにはトランズモン型超伝導量子ビットを，誤り訂正には表面符号を前提とし，プログラム（ユーザが実行したい量子回路）と，実際に物理ビットに適用する量子回路の関係について調査した．

The quantum computer is the solution to the problem. In the middle of the spectrum, the error tolerance quantum is high, the superconductivity quantum is high, and the possibility of realization is high. This study aims to explore the design space of classical processing loop necessary for quantum processing and its control. The quantum loop is necessary for the realization of the quantum loop. Request a command line to increase the number of quantum files. In the future, the number of quantum devices installed will increase. Classical processing will increase the speed of quantum operation. Superconductivity quantum (SFQ) control circuit is used to solve this problem. Quantum, classical, classical, fundamental, design space exploration, classical processing, performance, power, design space exploration. This time, the specific name of the game is "". This year, the error tolerance quantum test is required for the function test, the basic test and the specific design preparation are carried out. quantum circuit, quantum loop, quantum loop.

项目成果

Q3DE: A fault-tolerant quantum computer architecture for multi-bit burst errors by cosmic rays

• DOI: 10.1109/micro56248.2022.00079
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: 2022 55th IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture (MICRO)
• 作者: Yasunari Suzuki;T. Sugiyama;Tomochika Arai;Wang Liao;Koji Inoue;Teruo Tanimoto

XQsim: Modeling Cross-Technology Control Processors for 10+K Qubit Quantum Computers

XQsim：为 10 K Qubit 量子计算机建模跨技术控制处理器

• DOI: 10.1145/3470496.3527417
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proceedings of ACM/IEEE International Symposium on Computer Architecture (ISCA ‘22), pp. 366-382, June 2022
• 作者: Byun Ilkwon;Kim Junpyo;Min Dongmoon;Nagaoka Ikki;Fukumitsu Kosuke;Ishikawa Iori;Tanimoto Teruo;Tanaka Masamitsu;Inoue Koji;Kim Jangwoo
• 通讯作者: Kim Jangwoo

Design of Variable Bit-Width Arithmetic Unit Using Single Flux Quantum Device

单通量量子器件变位宽运算单元设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Iori Ishikawa;Ikki Nagaoka;Ryota Kashima;Koki Ishida;Kosuke Fukumitsu;Keitaro Oka;Masamitsu Tanaka;Satoshi Kawakami;Teruo Tanimoto;Takatsugu Ono;Akira Fujimaki;Koji Inoue
• 通讯作者: Koji Inoue

極低温不揮発FPGAを対象とした誤り耐性量子コンピュータ向け表面符号復号器のRTL設計

针对低温非易失性 FPGA 的容错量子计算机表面代码解码器的 RTL 设计

• 发表时间: 2023
• 作者: 中村徹舟， 宮村信;井上弘士;川上哲志;阪本利司;多田宗弘;谷本 輝夫
• 通讯作者: 谷本 輝夫

WIT-Greedy: Hardware System Design of Weighted ITerative Greedy Decoder for Surface Code

WIT-Greedy：表面码加权迭代贪婪解码器的硬件系统设计

• DOI: 10.1145/3566097.3567933
• 发表时间: 2023
• 期刊: Proceedings of the 28th Asia and South Pacific Design Automation Conference
• 作者: Liao Wang;Suzuki Yasunari;Tanimoto Teruo;Ueno Yosuke;Tokunaga Yuuki
• 通讯作者: Tokunaga Yuuki