基于CCD的囚禁离子量子比特测量中用于实时神经网络处理的低延迟FPGA控制系统
精确且低延迟的量子比特态测量对囚禁离子量子计算至关重要。尽管深度神经网络(DNN)已被集成以提升检测保真度,但其在特定硬件平台上的延迟性能仍待深入探究。该研究基于现场可编程门阵列(FPGA)和图形处理器(GPU)对DNN量子比特检测的延迟性能进行了基准测试。FPGA方案将电子倍增电荷耦合器件(EMCCD)与后续数据处理逻辑直接对接,消除了缓冲与接口开销;作为基线对比,基于GPU的系统采用高速PCIe图像采集卡输入图像,并通过I/O卡输出量子态。该团队在硬件上部署了多层感知机(MLP)和视觉变换器(ViT)模型以评估测量性能。与传统阈值法相比,DNN将平均测量保真度(MMF)误差降低至1.8-2.5倍(单量子比特情形)和4.2-7.6倍(三量子比特情形)。基于FPGA的MLP和ViT分别实现纳秒级与微秒级推理延迟,而完整的单次测量流程较GPU方案加速超100倍。此外,时钟周期级信号分析揭示了Cameralink传输EMCCD数据的低效性,表明优化该接口可进一步发挥超低延迟DNN推理的优势,为下一代量子比特检测系统的开发提供指导。
量科快讯
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