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A control microarchitecture for fault-tolerant quantum computing

机译：容错量子计算的控制微体系结构

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Quantum computers can solve problems that are inefficiently solved by classical computers, such as integer factorization. A fully programmable quantum computer requires a quantum control microarchitecture that connects the quantum software and hardware. Previous research has proposed a Quantum Instruction Set Architecture (QISA) and a quantum control microarchitecture, which targets Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) devices without fault-tolerance. However, fault-tolerant (FT) quantum computing requires FT implementation of logical operations, and repeated quantum error correction, possibly at run-time. Though highly patterned, the amount of required (physical) operations to perform logical operations is ample, which cannot be well executed by existing quantum control microarchitectures. In this paper, we propose a control microarchitecture that can efficiently support fault-tolerant quantum computing based on the rotated planar surface code with logical operations implemented by lattice surgery. It highlights a two-level address mechanism which enables a clean compilation model for a large number of qubits, and microarchitectural support for quantum error correction at runtime, which can significantly reduce the quantum program codesize and present better scalability. (C) 2019 Elsevier B.V. All rights reserved.
机译：量子计算机可以解决传统计算机无法有效解决的问题，例如整数分解。完全可编程的量子计算机需要连接量子软件和硬件的量子控制微体系结构。先前的研究提出了一种量子指令集体系结构（QISA）和一种量子控制微体系结构，其目标是无容错的噪声中级规模量子（NISQ）设备。但是，容错（FT）量子计算需要FT在逻辑上实现逻辑运算，并可能在运行时进行重复的量子错误校正。尽管模式化程度很高，但是执行逻辑操作所需的（物理）操作数量却很多，而现有的量子控制微体系结构无法很好地执行。在本文中，我们提出了一种控制微体系结构，该结构可以通过晶格手术实现的逻辑运算，有效地支持基于旋转平面代码的容错量子计算。它着重介绍了一种两级地址机制，该机制可为大量qubit提供清晰的编译模型，并在运行时为量子错误校正提供微体系结构支持，这可以显着减少量子程序的代码大小并提供更好的可伸缩性。 （C）2019 Elsevier B.V.保留所有权利。

著录项

  • 来源
    《Microprocessors and microsystems》 |2019年第10期|21-30|共10页
  • 作者

    Fu X.; Lao L.; Bertels K.; Almudever C. G.;

  • 作者单位

    Delft Univ Technol QuTech Quantum Comp Architecture Lab Delft Netherlands|Natl Univ Def Technol Coll Comp Inst Quantum Informat Changsha Hunan Peoples R China|Natl Univ Def Technol Coll Comp State Key Lab High Performance Comp HPCL Changsha Hunan Peoples R China;

    Delft Univ Technol QuTech Quantum Comp Architecture Lab Delft Netherlands;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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