Мы говорили на этих страницах о технологии, используемой на том, что мы называем “Середина стека”. Сюда входят контрольная электроника для управления кубитами и программные алгоритмы для направления контрольной электроники и реализации различных функций, включая калибровку, уменьшение ошибок и так далее. Мы также обсуждали техники квантовой коррекции ошибок, которые позволяют взять группу физических кубитов с определенной физической вероятностью ошибки и использовать их для реализации логического кубита с более низкой вероятностью логической ошибки. Примерами таких кодов коррекции ошибок являются поверхностный код, цветовой код, код с низкой плотностью проверки четности (LDPC) и многие другие. Ожидается, что в долгосрочной перспективе такие коды коррекции ошибок станут обязательными для решения больших и сложных задач, которые ожидаются от квантовых компьютеров.

Но когда квантовый компьютер начинает использовать техники коррекции ошибок, это делает решения управления в “Середине стека” более сложными. Эти коды основаны на процессе, при котором выполняется операция ворота на группе физических кубитов, затем некоторые из них измеряются, чтобы создать синдром ошибки, синдром ошибки анализируется классически для определения возможных ошибок, и действия по исправлению, если это необходимо, передаются обратно в квантовую схемотехнику, чтобы кубиты с ошибками могли быть сброшены в допустимое состояние. Основной вызов в этом процессе заключается в том, что он должен выполняться очень быстро в реальном времени в пределах времени когерентности кубита. Нельзя применять коррекцию к кубиту, который уже разошелся. Для сверхпроводящей системы это потребует выполнения этого процесса всего в несколько микросекунд. Для процессоров на основе ионов этот процесс занимает немного больше времени из-за их большей когерентности.

Из-за этих ограничений времени классическая обработка для декодирования ошибок не может выполняться стандартным классическим компьютером, подключенным к квантовому процессору в гибридной установке. Для коррекции ошибок задержки просто слишком большие. Поэтому исследователи рассматривают специализированную электронику для этой функции, разработанную для максимальной скорости и располагаемую как можно ближе к кубитам. Именно это и разработала компания Riverlane с помощью специализированного контроллера кубита. У Riverlane есть два устройства для выполнения этой функции. Первое называется DD1, это фактически IP, программируемый на Verilog, который может быть внедрен в чип Xilinx FPGA и интегрирован с контрольной электроникой. FPGA обеспечивают гибкость в изменении дизайна, просто загружая новый код Verilog. Он также позволяет разработчику контрольной электроники включать другие функции управления электроникой в тот же FPGA. Можно использовать до четырех декодирующих ядер, и у Riverlane есть дизайны, которые могут реализовать поверхностный код планарного вращения на ряде расстояний от 3 до 23, при этом сохраняя низкий уровень энергопотребления и достигая частоты декодирования более одного мегагерца.

Хотя реализация чипа декодера с использованием FPGA удобна, более эффективной реализацией является внедрение логики внутри специализированного ASIC-чипа. ASIC обычно имеют еще более быструю логику, меньшую площадь кристалла и дешевле в производстве в больших объемах. Однако они лишены гибкости FPGA, и затраты на разработку и изменение дизайна (NRE) в них очень высоки. Второй разработанный Riverlane дизайн называется DD0A. Это тестовый чип, который демонстрирует, как декодер может быть реализован в ASIC. Он использует более раннюю версию логики декодера, поэтому он не готов к производственному использованию. Тем не менее, Riverlane планирует объединить технологии, разработанные в DD1 и DD0A, в будущем ASIC, названном DD1A, который ожидается в 2024 году.

Riverlane заявляет, что их технология достигнет лучшего баланса между скоростью, точностью, стоимостью, аппаратными ресурсами и энергопотреблением для декодера квантовых ошибок и может использоваться с квантовыми процессорами на основе сверхпроводников, запертых ионов и нейтральных атомов. Они сотрудничают с компаниями, разрабатывающими квантовые аппаратные средства, чтобы помочь оценить технологию декодера Riverlane, и планируют провести тестирование с живым оборудованием в четвертом квартале текущего года.

Riverlane опубликовала несколько документов, более подробно описывающих эти продукты. Пресс-анонс доступен здесь. Статьи в блоге, описывающие продукт и план развития декодера Riverlane, можно найти здесь и здесь. Веб-страница для DD1 находится здесь. Более подробный технический буклет для DD1 можно найти здесь. И технический предварительный доклад, размещенный на arXiv о их технологии, доступен здесь.

Never miss breaking news – sign up now to be notified!