PACOX:一种基于FPGA的泡利字符串计算加速器

泡利字符串是混合量子-经典算法中的基本计算单元。然而,经典计算机处理泡利字符串存在指数级复杂度问题,随着量子比特数量增加会迅速成为性能瓶颈。为应对这一挑战,本文提出首款基于FPGA的专用加速器PACOX(泡利组合器加速器)。该方案采用紧凑的二进制编码结合基于XOR的索引置换与相位累积机制。基于此框架,研究人员设计了并行流水线化的处理单元集群架构,充分利用FPGA的数据级并行特性。在Xilinx ZCU102 FPGA上的实验表明,PACOX以250MHz频率运行时动态功耗仅0.33W,占用8052个LUT、10934个FF和324个BRAM。针对19量子比特以内的泡利字符串计算,相比最先进的CPU方案,该加速器实现最高100倍的加速比,同时显著降低内存占用并优化能耗延迟积。这些结果表明,PACOX为混合量子-经典系统中的泡利计算负载提供了兼具高运算速度与超高效能的表现。
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提交arXiv: 2026-01-08 11:04

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