Cryo-aware system architecture for quantum computers

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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．