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面向分布式超导量子计算架构的量子线路映射 被引量:1
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作者 朱鹏程 卫丽华 +3 位作者 冯世光 周祥臻 郑盛根 管致锦 《软件学报》 北大核心 2025年第5期2381-2400,共20页
近年来,超导量子互连技术的研究取得了重要进展,这为构建分布式超导量子计算架构提供了有效途径.分布式超导架构在网络拓扑、量子比特连通性、以及量子态传输协议等方面对量子线路的执行施加了严格约束.为在分布式架构上调度和执行量子... 近年来,超导量子互连技术的研究取得了重要进展,这为构建分布式超导量子计算架构提供了有效途径.分布式超导架构在网络拓扑、量子比特连通性、以及量子态传输协议等方面对量子线路的执行施加了严格约束.为在分布式架构上调度和执行量子线路,需要通过专门的映射工序对量子线路进行适配底层架构的变换,并将变换后的线路交由网络中多个QPU(quantum processing unit)协同运行.分布式量子线路映射需向原始线路插入辅助的量子态移动操作,这些操作(尤其是QPU间量子态移动操作)具有较高的错误率.因此,减少映射所需的量子态移动操作数对于保证分布式计算的成功率至关重要.基于超导量子互连技术和超导QPU的技术特征构建一种抽象的分布式量子计算模型,并基于该抽象模型提出一种分布式量子线路映射方法,该方法由量子比特分布式映射和量子态路由两个核心模块组成,前者以量子态路由开销为代价函数,通过局部寻优和模拟退火相结合的策略生成近最优的初始映射;后者根据量子门执行的不同情形构建多个启发式量子态路由策略,并通过灵活应用这些策略最小化插入的量子态移动操作数.所构建的分布式抽象模型屏蔽了底层架构中和量子线路映射无关的物理细节,这使得基于该模型的映射方法可适用于一类分布式超导架构而非某个特定架构.另外,所提方法可作为辅助工具参与分布式网络拓扑结构的设计和评价.实验结果表明,所提算法可以有效降低映射所需的QPU内量子态移动操作(即SWAP门)数和QPU间量子态移动操作(即ST门)数.相较已有算法,在所有基准线路上平均减少69.69%的SWAP门和85.88%的ST门,且时间开销和已有算法接近. 展开更多
关键词 超导量子计算 量子网络 分布式计算 量子处理器 量子线路映射
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超导共面波导谐振腔的仿真优化研究
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作者 冯薛飞 熊其冰 +4 位作者 杨天 袁本政 何昊冉 刘星江 王卫龙 《现代电子技术》 北大核心 2025年第15期152-157,共6页
针对超导量子系统敏感且脆弱,超导量子电路中超导共面波导读取谐振腔之间的串扰导致谐振腔的品质因子降低并改变其谐振频率,严重影响了超导量子计算的相干性和准确性。文中对超导共面波导读取谐振腔的谐振频率设计进行研究,旨在减轻超... 针对超导量子系统敏感且脆弱,超导量子电路中超导共面波导读取谐振腔之间的串扰导致谐振腔的品质因子降低并改变其谐振频率,严重影响了超导量子计算的相干性和准确性。文中对超导共面波导读取谐振腔的谐振频率设计进行研究,旨在减轻超导量子电路中的串扰影响。首先,解决了电磁仿真软件Sonnet的仿真误差问题,接下来通过设计读取谐振腔不同谐振频率的仿真实验,分析研究串扰随读取谐振腔之间谐振频率间隔的变化规律。实验结果表明,串扰随读取谐振腔之间谐振频率间隔的增大而减小。在此基础上,文中提出一种读取谐振腔谐振频率的优化设计方案。通过调整读取谐振腔的物理排布,增大读取谐振腔之间的谐振频率间隔,以达到减轻串扰影响的目的。仿真实验验证了文中优化方案的有效性,与传统超导量子芯片上读取谐振腔谐振频率递增排布的方案相比,串扰减少了27%,为面向大规模量子计算中读取谐振腔的谐振频率设计提供了有益参考。 展开更多
关键词 超导量子计算 超导量子电路 共面波导谐振腔 谐振频率 串扰 Sonnet仿真
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量子计算机研究进展 被引量:19
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作者 郭光灿 陈以鹏 王琴 《南京邮电大学学报(自然科学版)》 北大核心 2020年第5期3-10,共8页
量子计算机是未来量子技术时代最具颠覆性的技术,文中将以量子计算机的诞生、工作原理和在世界范围内的发展现状为主要阐述内容。目前阶段,量子计算机的研制已从以院校、研究所的基础性研究为主体的阶段,过渡到以公司企业为主要研发驱... 量子计算机是未来量子技术时代最具颠覆性的技术,文中将以量子计算机的诞生、工作原理和在世界范围内的发展现状为主要阐述内容。目前阶段,量子计算机的研制已从以院校、研究所的基础性研究为主体的阶段,过渡到以公司企业为主要研发驱动力的阶段,并开始逐渐进入到“量子霸权”的发展新阶段,当然,目前的量子计算机还比较初级,离可破解密码的通用量子计算机还有很长的路要走。 展开更多
关键词 量子计算 超导量子计算 离子阱 量子比特
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量子计算研究现状与未来发展 被引量:27
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作者 李晓巍 付祥 +13 位作者 燕飞 钟有鹏 陆朝阳 张君华 贺煜 尉石 鲁大为 辛涛 陈济雷 林本川 张振生 刘松 陈远珍 俞大鹏 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2022年第4期133-144,共12页
量子计算乃至更为广泛的量子信息,是基于量子力学原理发展出来的概念与技术体系,涉及信息的本质及其处理。量子计算利用量子叠加、量子纠缠等资源进行信息编码和处理,已被证明在若干问题上具有相对于经典计算的极大优势,在实用化后将对... 量子计算乃至更为广泛的量子信息,是基于量子力学原理发展出来的概念与技术体系,涉及信息的本质及其处理。量子计算利用量子叠加、量子纠缠等资源进行信息编码和处理,已被证明在若干问题上具有相对于经典计算的极大优势,在实用化后将对信息及相关科技产生深远影响。本文概要回顾了量子计算的发展历史,如量子计算思想与概念的形成、重要理论及算法的发展以及应用情况;梳理总结了代表性的量子计算技术路线及其发展态势,如超导量子计算、分布式超导量子计算、光量子计算、囚禁离子量子计算、硅基量子计算及若干其他体系。着眼不同技术路线面临的共性问题,对我国量子计算领域未来发展提出建议:注重战略规划和布局,培养高水平研究团队,加强基础研究、核心技术、关键设备的自主研发。 展开更多
关键词 量子计算 量子算法 量子测控系统 量子软件 超导量子计算 分布式量子计算 囚禁离子量子计算 硅基量子计算 量子计算 中性原子量子计算 金刚石氮空位色心 核磁共振量子计算 自旋波量子计算 拓扑量子计算
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结合多通孔的超导接地共面波导传输线的仿真
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作者 刘星江 张梦凡 +9 位作者 张潮洁 杨天 袁本政 何昊冉 冯薛飞 查治国 刘佳宁 樊凯哲 王卫龙 穆清 《现代电子技术》 2025年第22期1-7,共7页
在超导量子计算中,增加量子比特数量是提高量子计算机性能的有效途径之一。但是,随着量子比特数量的增加,单芯片上量子比特控制线的布线将变得十分困难。目前很有潜力的一个解决方法是在芯片上引入硅通孔结构,将量子比特和控制线分层布... 在超导量子计算中,增加量子比特数量是提高量子计算机性能的有效途径之一。但是,随着量子比特数量的增加,单芯片上量子比特控制线的布线将变得十分困难。目前很有潜力的一个解决方法是在芯片上引入硅通孔结构,将量子比特和控制线分层布局,由通孔实现组件间微波信号的传递。因此,对通孔传输模型开展研究,旨在实现超导量子电路不同层之间微波信号的垂直传输,为量子组件分层布局提供支撑。首先,通过微波传输理论分析了通孔的传输行为,设计了包含多种通孔的二维截面模型;然后,通过对不同通孔尺寸、形状及内外通孔间距的仿真实验,得到了多个阻抗匹配的多通孔截面模型。在此基础上,提出了结合特性阻抗(50Ω)的超导接地共面波导传输线的验证方案,实验结果表明,所设计的多通孔传输模型很好地实现了阻抗匹配,从而验证了该方法的有效性与可行性,为超导量子芯片多层架构中通孔模块设计提供了有效参考。 展开更多
关键词 超导量子计算 超导量子芯片 硅通孔 共面波导 阻抗匹配 传输线
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