MultiQ:多编程中性原子量子架构
中性原子量子处理器(QPUs)因其大规模量子比特数量和灵活的连接性正成为量子计算领域的热门技术。然而,大规模电路会面临显著保真度下降,而小型电路则存在硬件利用率不足和初始化延迟问题。为应对这些挑战,该研究团队提出“中性原子量子处理器的多程序并行技术”,通过逻辑划分量子比特阵列实现多个电路的协同执行。该方法在保持结果保真度的同时,提高了资源利用率并缓解了初始化延迟问题。目前最先进的中性原子架构编译器尚不支持多程序并行。为此,研究人员开发了首个专用系统MultiQ,主要解决三大挑战:(i)将电路编译为“虚拟分区布局”以优化硬件时空利用率;(ii)实现共置电路的并行执行,使单条硬件指令可操作不同电路;(iii)包含验证捆绑电路功能独立性的算法。MultiQ作为跨层系统包含编译器、控制器和验证器:其编译器生成虚拟分区布局以提升性能;控制器高效映射布局并解决冲突;验证器确保电路正确捆绑。实验表明,在并行4至14个电路时,吞吐量提升达3.8倍至12.3倍,保真度基本保持(4电路时提升1.3%,14电路时仅下降3.5%)。该系统有效促进了量子电路的并发执行,显著提升了吞吐量和硬件利用率。
量科快讯
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