分布式HISQ:一种分布式量子控制架构
构建可扩展的量子控制架构(QCA)面临两大核心挑战。其一,量子比特数量的持续增长使分布式QCA成为必然选择,但反馈回路固有的非确定性延迟要求多个控制器之间实现周期级精确同步。现有同步策略——无论是锁步式还是需求驱动式——都会导致显著的性能损耗。其二,当前量子指令集架构存在两极分化问题,要么过于抽象,要么过于细粒度。这种统一性设计的缺失使得每项新控制需求都需要反复定制硬件,既限制了系统可重构性,也阻碍了可扩展统一数字微架构的发展。针对这些挑战,该团队提出Distributed-HISQ方案,其创新包括:(1)HISQ通用指令集,通过硬件无关设计重新定义量子控制。该指令集通过解耦量子操作语义,为控制序列提供统一语言,使得单一微架构能支持多种控制方法,显著提升系统可重构性;(2)BISP预约式同步协议,有望实现零周期同步开销。研究人员在面向超导量子比特的商用控制系统上验证了Distributed-HISQ的可行性与适应性,通过定制化量子软件栈进行综合评估。结果表明:相较于现有锁步同步方案,BISP能高效同步多块控制板,使程序平均执行时间降低22.8%,保真度损耗减少约5倍。
