面向部署乐观量子傅里叶变换:一种架构-算法协同设计研究
该团队提出了一种面向可重构中性原子硬件的表面码容错执行模型下,乐观量子傅里叶变换(OQFT)的架构-算法协同设计研究。通过分析OQFT的结构,特别是其对相位梯度资源和小规模模块的依赖,揭示了资源移动性与并行执行方面的架构需求。在此基础上,该团队引入了一种热区架构,将数据存储与处理分离,并动态地将移动资源包(魔法态工厂、桥接量子比特和相位梯度寄存器)路由到静态数据区域。为了揭示主要成本,该团队通过催化相位梯度加法来路由旋转插入,并启发式地将纹波进位加法器微调度到补丁级移动。在该模型下,领先的Gidney~\cite{Gidney2018halvingcostof}和Cuccaro~\cite{cuccaro2004}加法器具有相似的时空体积,但需要不同程度的并行性。在算法层面,五层OQFT表现出可调的并行性/延迟权衡:两个热区匹配串行QFT延迟,四个热区大致将运行时间减半,而更多热区以显著资源成本渐近逼近恒定时间执行。在256-2048比特实例中,半时间性能的需求收敛到约500个额外逻辑辅助比特和128个逻辑量子比特的峰值并行度。该团队还识别了更广泛的算法-架构瓶颈,包括相位梯度和数据寄存器之间的字节序不匹配,通过循环相位梯度交换和交替QFT反射来解决。局限于表面码和仅培养魔法态工厂,该团队的分析将反应受限操作和并行性需求确定为资源估算的主要驱动因素,并为基于原语的架构研究建立了可推广的基础。

