构建分布式量子计算机:来自资源估算的设计启示

要实现具有实际应用价值的量子计算,该研究团队需要数百至数千个逻辑量子比特(经过纠错的物理量子比特集合)。当前整体式设备架构的扩展极限仅能支持数十个逻辑量子比特。为了突破规模限制,研究人员需要将多个整体式设备协调组织为分布式量子计算系统的架构。目前,对硬件需求和瓶颈至关重要的资源估算仅针对整体式系统开展。该工作填补了这一空白,并回答了分布式系统架构设计的关键问题,包括分布式结构对应用资源需求的影响、跨节点量子比特的组织方式以及纠缠提纯(量子网络)的要求。为此,研究人员开发了新型资源估算框架,对分布式执行栈的关键组件进行建模。通过分析实用量子算法在不同硬件配置(涵盖量子比特速度、纠缠生成率和提纯协议等变量)下的性能表现,该团队证明分布式架构的资源需求具有实际可行性:对于4.5万个量子比特的节点规模,分布式系统平均仅需比整体式架构多1.4倍的物理量子比特和4倍的运行时间,同时具备更优越的硬件实现前景。关于纠缠生成率、节点规模和架构的研究成果,有望为未来数年的系统设计提供重要参考。

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