Core Concepts
실시간 피드백 기술(능동 리셋 및 중간 회로 측정 등)을 활용하는 양자 회로를 구현하기 위해서는 유연하고 지연이 짧은 고전적 제어가 필요하다. 이를 위해 FPGA 기반의 맞춤형 프로세서 아키텍처를 개발하였다.
Abstract
이 논문은 실시간 피드백 기술을 활용하는 양자 회로를 구현하기 위한 FPGA 기반의 맞춤형 프로세서 아키텍처를 소개한다. 이 아키텍처는 분산 구조로 설계되어 있으며, 각 코어는 소수의 신호 발생기 채널(1-3개)을 제어하도록 구성되어 있다. 각 코어는 매개변수화된 제어 및 판독 펄스를 실행할 수 있으며, 중간 회로 측정 결과에 따른 임의의 제어 흐름을 수행할 수 있다. 또한 모듈식 컴파일러 스택과 도메인 특화 중간 표현을 개발하여, 사용자가 게이트 및 펄스 수준 추상화를 모두 사용하여 회로를 지정할 수 있도록 하였다. 이 컴파일러 스택은 TrueQ, pyGSTi, OpenQASM3 등의 양자 소프트웨어 도구 및 프로그래밍 언어와 통합될 수 있다. 이 논문에서는 프로세서와 컴파일러 스택의 설계를 자세히 설명하고, LBNL 첨단 양자 테스트베드에서 수행한 양자 상태 텔레포테이션 실험을 통해 이 시스템의 기능을 시연한다.
Stats
초전도 큐비트의 코히어런스 시간은 약 100 μs이다.
실시간 피드백을 위해서는 약 100 ns의 지연 시간이 필요하다.
Quotes
"실시간 피드백 기술(예: 능동 리셋 및 중간 회로 측정)은 NISQ 시대 양자 컴퓨팅을 위한 강력한 도구이다. 이러한 기술은 오류 정정 프로토콜을 구현하는 데 필수적이며, 특정 양자 알고리즘의 리소스 요구 사항을 줄일 수 있다."
"초전도 큐비트 시스템에는 다양한 아키텍처와 큐비트 모드가 있으며, 각각 다른 제어 요구 사항(예: 판독 멀티플렉싱 계수, 큐비트 커플러 제어, 원하는 순간 대역폭)을 가지고 있다. 우리의 아키텍처는 이러한 다양성을 수용하고 게이트웨어 및 소프트웨어 수준에서 쉽게 구성할 수 있어야 한다."