Dentro brevemente
- Pesquisadores da Northwestern University desenvolveram um compilador quântico, SEQC, que melhora a confiabilidade e a velocidade dos sistemas modulares de computação quântica usando uma abordagem baseada em chips.
- SEQC aumenta a confiabilidade do circuito em até 36% e reduz os tempos de integração em 2 a 4 vezes, proporcionando melhorias significativas na escalabilidade e eficiência dos sistemas quânticos.
- Ao dividir os programas em pequenas tarefas e configurá-los de forma independente, o SEQC aborda os desafios na comunicação entre chips e estabelece as bases para a otimização em tempo real em grandes dispositivos quânticos.
Pesquisadores de computação quântica da Northwestern University relatam que uma nova abordagem sobre integradores quânticos ajudou a melhorar a eficiência e a confiabilidade dos computadores quânticos modulares “baseados em chips”.
Embora pareça algo que pode estar na sacola ao lado dos pretzels na sua próxima festa, os chips são, na verdade, uma forma interessante de construir computadores quânticos. Como descobriremos mais tarde, são peças pequenas e modulares de um processador de computador projetadas para atuar como um bloco de construção para a criação de chips maiores e mais complexos.
Em um estudo recente publicado no arXiv, uma equipe de pesquisadores da Northwestern University relata que o Stratify-Elaborate Quantum Compiler (SEQC) aumenta a confiabilidade do circuito em até 36% e acelera a compilação em 2 a 4 vezes em comparação com as ferramentas existentes, abordando a robustez crítica. desafios. nesta era emergente de sistemas quânticos baseados em chips.
Sistemas quânticos modulares e seus desafios
À medida que os sistemas de computadores quânticos são dimensionados para atender aos requisitos de alto desempenho, as estruturas monolíticas – um grande processador –, em alguns casos, oferecem designs modulares. Esses projetos conectam pequenos chips, fáceis de fabricar e armazenar, em grandes processadores quânticos. No entanto – porque nada é fácil na tecnologia quântica – a ligação de chips também apresenta novos desafios, especialmente na montagem de sistemas quânticos em comandos utilizáveis. Os integradores quânticos atuais sofrem com a variação na qualidade da conexão entre os chips, o que afeta os tempos de saída e as taxas de erro.
“A modularidade do hardware adiciona grande complexidade a esta tarefa já difícil, já que os links entre chips são frequentemente baixos em comparação com os intrachipletos, a conectividade entre os chips é frequentemente limitada e nem todas as portas básicas são suportadas entre os chips”, escreveu a equipe.
Solução SEQC
A abordagem dos pesquisadores do SEQC divide o processo de síntese em duas etapas principais: classificação e esclarecimento.
Estratificação é quando o sistema quântico é dividido em pequenos subcircuitos correspondentes à formação de chips. Esta etapa é uma operação única – ou sobrecarga única – executada quando o sistema é inicialmente projetado para um sistema quântico modular. De definição passo, Cada subcircuito é desenvolvido e montado de forma independente em seu próprio chiplet. Esta fase se beneficia do processamento paralelo, reduzindo bastante o tempo geral de compilação.
Esta abordagem estratificada muda o foco do desenvolvimento de sistemas monolíticos para o aproveitamento do poder das estruturas modulares. Por exemplo, o SEQC reduz a necessidade de comunicação entre chips atribuindo tarefas a chips específicos, segundo os pesquisadores.
Benefícios que podem ser medidos
Nos testes, os pesquisadores relatam que o SEQC mostrou uma melhoria significativa em relação ao papel. Aqui estão as principais estatísticas:
- Confiabilidade do Circuito – A taxa de circuitos quânticos produzidos pela SEQC aumentou até 36%. Circuitos de alta confiabilidade são essenciais para reduzir erros e garantir uma contagem confiável.
- Hora de agir – Os circuitos quânticos integrados pelo SEQC funcionam até 1,92 vezes mais rápido. O processamento mais rápido reduz a chance de erros causados pela fragmentação do qubit.
- Velocidade de integração – Ao comparar tarefas de compilação, o SEQC alcançou tempos de resolução até 4 vezes mais rápidos do que o compilador de linha de base adaptado para lidar com sistemas padrão.
A equipe testou o SEQC usando sistemas quânticos simulados com até 800 qubits, distribuídos em 80 chips. O integrador tem ultrapassado a linha de base, especialmente à medida que o número de qubits aumenta.
Repensando, em vez de pensar demais
A pesquisa mostra a importância de repensar o software quântico para acompanhar as mudanças no cenário do hardware. Os sistemas quânticos modulares podem ser uma forma de resolver as restrições físicas e de engenharia que tornam impossível a construção de grandes processadores monolíticos. Ferramentas como o SEQC garantem que os benefícios da modularidade – como escalabilidade e fácil manutenção – não sejam compensados por ineficiências de software.
O foco da SEQC no paralelismo também destaca o potencial de desenvolvimento de hardware de computação clássico para suportar sistemas quânticos. Ao reduzir a carga computacional de síntese, o SEQC abre caminho para a otimização em tempo real que abre caminho para que os dispositivos quânticos se tornem maiores e mais complexos.
Limitações e direções futuras
Este é o primeiro esforço do SEQC, portanto há muito trabalho a ser feito, sugerem os pesquisadores, proporcionando diversas áreas para esforços futuros. O estágio de estratificação, por exemplo, introduz uma sobrecarga única e seu desempenho depende da complexidade do circuito quântico. Embora o SEQC reduza a comunicação entre os chips, não a elimina, o que significa que o desempenho ainda depende da qualidade da comunicação física entre os chips.
Pesquisas futuras poderiam explorar maneiras de reduzir ainda mais a comunicação entre chips ou melhorar a confiabilidade dessa comunicação. Outra abordagem possível é configurar o SEQC para diferentes estruturas modulares, como aquelas que usam qubits ópticos ou de armadilha de íons, com diferentes restrições e possibilidades.
Para uma visão mais profunda e técnica da pesquisa do que este resumo pode fornecer, revise o artigo no arXiv. É importante observar que o arXiv é um servidor de pré-impressão, o que significa que a pesquisa ainda não foi formalmente revisada por pares. Esses servidores ajudam os pesquisadores a obter feedback informal de seus colegas porque a ciência e a tecnologia da computação quântica estão avançando muito rapidamente.
A equipe de pesquisa incluiu: Mingyoung Jessica Jeng, Nikola Vuk Maruszewski, Connor Selna, Michael Gavrincea, Kaitlin N. Smith e Nikos Hardavellas, todos afiliados à Northwestern University.
