RU2829117C2

RU2829117C2 - Quantum computer architecture system

Info

Publication number: RU2829117C2
Application number: RU2023130782A
Authority: RU
Inventors: Вэйчэн КУН; Сюэбай ЛИ
Original assignee: Ориджин Куантум Компьютинг Текнолоджи (Хэфэй) Ко., Лтд
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2022-05-18
Publication date: 2024-10-24

Abstract

FIELD: quantum computing.

SUBSTANCE: quantum computer architecture system comprises a quantum processor, a first integration device and a central control device. Quantum processor consists of multiple quantum bits; first integration device is configured to combine the execution signal and the execution result of the first number of quantum bits on the quantum processor; central control device is configured to obtain bit information of quantum bits to be executed and information to be executed, each of quantum bits to be executed on quantum processor, assignment of information to be executed, to one or more first integration devices in accordance with the bit information and the first number and receiving the combination of execution results from the first integration device.

EFFECT: improved scalability of a quantum computer for adaptation to an increase in the number of qubits in a quantum processor.

16 cl, 4 dwg

Description

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ на родственные заявкиCROSS REFERENCES to related applications

[0001] Настоящая заявка представляет собой продолжение международной заявки № PCT/CN2022/093637, поданной 18 мая 2022, которая испрашивает приоритет заявки на патент Китая № 202110590262.8 под названием «Quantum Computer Architecture System», поданной в Патентное ведомство Китая 28 мая 2021 года, все содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.[0001] This application is a continuation of International Application No. PCT/CN2022/093637, filed on May 18, 2022, which claims priority to Chinese Patent Application No. 202110590262.8, entitled “Quantum Computer Architecture System,” filed in the China Patent Office on May 28, 2021, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИAREA OF TECHNOLOGY

[0002] Настоящее изобретение относится к области квантовых вычислений, и в частности к системе архитектуры квантового компьютера.[0002] The present invention relates to the field of quantum computing, and in particular to a quantum computer architecture system.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0003] Квантовый компьютер представляет собой физическое устройство, которое следует законам квантовой механики для выполнения высокоскоростных математических и логических операций, хранения и обработки квантовой информации. Квантовый компьютер в основном характеризуется высокой скоростью работы, высокой способностью обрабатывать информацию, широким спектром применения и тому подобное. По сравнению с обычными компьютерами, чем больше информации обрабатывается, тем выгоднее квантовому компьютеру выполнять вычисления и тем более точные вычисления могут быть обеспечены.[0003] A quantum computer is a physical device that follows the laws of quantum mechanics to perform high-speed mathematical and logical operations, and store and process quantum information. A quantum computer is mainly characterized by high operating speed, high information processing capability, wide range of applications, and the like. Compared with ordinary computers, the more information is processed, the more advantageous it is for a quantum computer to perform calculations, and the more accurate calculations can be achieved.

[0004] Квантовый процессор служит основным компонентом квантового компьютера для выполнения вычислений, и объем выполняемых вычислений зависит от количества кубитов, который является наименьшей вычислительной единицей в квантовом процессоре. Для каждого кубита требуется физическая схема управления. В существующей системе архитектуры квантового компьютера физическая схема управления каждого кубита устроена индивидуально. С одной стороны, по мере увеличения кубитов физические схемы управления умножаются, что значительно увеличивает сложность интеграции всего квантового компьютера. С другой стороны, масштабируемость ограничена в случае существующей системы архитектуры квантового компьютера, соответствующей квантовым процессорам с разным количеством кубитов.[0004] A quantum processor serves as the core component of a quantum computer to perform computations, and the amount of computation performed depends on the number of qubits, which is the smallest computing unit in a quantum processor. Each qubit requires a physical control circuit. In the existing quantum computer architecture system, the physical control circuit of each qubit is individually arranged. On the one hand, as the qubits increase, the physical control circuits are multiplied, which greatly increases the complexity of integrating the entire quantum computer. On the other hand, the scalability is limited in the case of the existing quantum computer architecture system corresponding to quantum processors with different numbers of qubits.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯESSENCE OF THE INVENTION

[0005] Целью настоящего изобретения является предоставление такой системы архитектуры квантового компьютера, чтобы устранить недостатки в соответствующей области техники, которая может улучшить интеграцию и масштабируемость квантового компьютера.[0005] An object of the present invention is to provide such a quantum computer architecture system to eliminate the shortcomings in the related art, which can improve the integration and scalability of a quantum computer.

[0006] Техническое решение настоящего изобретения заключается в следующем.[0006] The technical solution of the present invention is as follows.

[0007] Система архитектуры квантового компьютера содержит: квантовый процессор, содержащий множество кубитов, первое устройство интеграции, выполненное с возможностью реализации сигнала исполнения и объединения результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре; и центральное устройство управления, выполненное с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов, назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством кубитов, управляемых каждым из одного или более первых интегрированных устройств, и приема объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств интеграции.[0007] A quantum computer architecture system comprises: a quantum processor comprising a plurality of qubits, a first integration device configured to implement an execution signal and combine the results of execution of a first number of qubits on the quantum processor; and a central control device configured to receive bit information of the qubits to be executed on the quantum processor and information to be executed of each of the qubits to be executed, assign the information to be executed to one or more first integration devices in accordance with the bit information and the first number of qubits controlled by each of the one or more first integrated devices, and receive a combination of the results of execution from the one or more first integration devices.

[0008] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления центральное устройство управления содержит: первый модуль сбора данных, выполненный с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов; и первый модуль управления, выполненный с возможностью назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и приема объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств интеграции.[0008] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the central control device comprises: a first data acquisition module configured to receive bit information of qubits to be executed on the quantum processor and information to be executed of each of the qubits to be executed; and a first control module configured to assign the information to be executed to one or more first integration devices in accordance with the bit information and the first number and to receive a combination of the execution results from the one or more first integration devices.

[0009] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления битовая информация содержит информацию о количестве битов и идентификационную информацию о кубитах; и первый модуль управления выполнен с возможностью определения подлежащего назначению первого устройства интеграции согласно взаимосвязи между информацией о количестве битов и первым количеством и назначения информации, подлежащей исполнению, определенному подлежащему назначению первому устройству интеграции согласно идентификационной информации о кубитах.[0009] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the bit information comprises information about a number of bits and identification information about qubits; and the first control module is configured to determine a first integration device to be assigned according to a relationship between the information about a number of bits and a first number and to assign the information to be executed to the determined first integration device to be assigned according to the identification information about qubits.

[0010] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первое устройство интеграции содержит: первые сигнальные модули и второй модуль управления. Количество первых сигнальных модулей является первым количеством, и каждый из первых сигнальных модулей выполнен с возможностью обеспечивать один кубит физическим сигналом исполнения и принимать сигнал результата исполнения с кубита. Второй модуль управления подключен к первым сигнальным модулям и выполнен с возможностью определения и отправки каждого фрагмента информации, подлежащей исполнению, в первый сигнальный модуль, соответствующий каждому фрагменту информации, подлежащей исполнению, согласно взаимосвязи между битовой информацией, заданной идентификационной информацией первого сигнального модуля и идентификационной информацией о кубитах, а также приема и отправки сигнала результата исполнения на центральное устройство управления.[0010] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the first integration device comprises: first signal modules and a second control module. The number of the first signal modules is a first number, and each of the first signal modules is configured to provide one qubit with a physical execution signal and to receive an execution result signal from the qubit. The second control module is connected to the first signal modules and is configured to determine and send each piece of information to be executed to the first signal module corresponding to each piece of information to be executed, according to a relationship between the bit information specified by the identification information of the first signal module and the identification information about the qubits, and to receive and send the execution result signal to the central control device.

[0011] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первые сигнальные модули содержат модуль источника сигнала и модуль обнаружения сигнала.[0011] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the first signal modules comprise a signal source module and a signal detection module.

[0012] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления информация, подлежащая исполнению, связана с операцией квантового логического вентиля, экспериментальной операцией получения параметров кубита и экспериментальной операцией калибровки параметров кубита для кубита, и модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации информации, связанной с операцией квантового логического вентиля, экспериментальной операцией получения параметров кубита и экспериментальной операцией калибровки параметров кубита.[0012] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the information to be executed is associated with a quantum logic gate operation, an experimental operation of obtaining qubit parameters, and an experimental operation of calibrating qubit parameters for a qubit, and the signal source module is configured to generate a physical execution signal for implementing the information associated with the quantum logic gate operation, the experimental operation of obtaining qubit parameters, and the experimental operation of calibrating qubit parameters.

[0013] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления информация, подлежащая исполнению, связана с операцией измерения показаний кубита, а модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации операции измерения показаний.[0013] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the information to be executed is associated with a measurement operation of a qubit reading, and the signal source module is configured to generate a physical execution signal for implementing the measurement operation of the reading.

[0014] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первые сигнальные модули дополнительно выполнены с возможностью генерирования сигнала готовности, выводимого на центральное устройство управления, приема сигнала запуска, подаваемого обратно центральным устройством управления на основе сигнала готовности, и запуска физического сигнала исполнения, подлежащего выводу на кубит, соответствующий физическому сигналу исполнения, на квантовом процессоре на основе сигнала запуска.[0014] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the first signal modules are further configured to generate a readiness signal output to the central control device, receive a start signal fed back to the central control device based on the readiness signal, and start a physical execution signal to be output to a qubit corresponding to the physical execution signal on the quantum processor based on the start signal.

[0015] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления второй сигнальный модуль и первые сигнальные модули расположены на объединительной плате; и каждый из первых сигнальных модулей подключен ко второму модулю управления через линию передачи в объединительной плате.[0015] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the second signal module and the first signal modules are located on a backplane; and each of the first signal modules is connected to the second control module via a transmission line in the backplane.

[0016] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первое устройство интеграции предусмотрено в первой пространственной области, а центральное устройство управления предусмотрено во второй пространственной области. Вторая пространственная область отличается от первой пространственной области.[0016] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the first integration device is provided in the first spatial region, and the central control device is provided in the second spatial region. The second spatial region is different from the first spatial region.

[0017] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первое устройство интеграции и центральное устройство управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть.[0017] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the first integration device and the central control device communicate with each other via a wired network.

[0018] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления система архитектуры квантового компьютера дополнительно содержит терминал, выполненный с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов посредством компиляции задачи квантовых вычислений, которая должна быть выполнена на квантовом процессоре, и отправки битовой информации и информации, подлежащей исполнению, на центральное устройство управления.[0018] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the quantum computer architecture system further comprises a terminal configured to receive bit information of qubits to be executed on the quantum processor and information to be executed of each of the qubits to be executed by compiling a quantum computing task to be executed on the quantum processor and sending the bit information and the information to be executed to the central control device.

[0019] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления терминал и центральное устройство управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть.[0019] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the terminal and the central control device communicate with each other via a wired network.

[0020] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления первое устройство интеграции дополнительно выполнено с возможностью реализации сигнала исполнения кубитов второго типа согласно результату исполнения кубитов первого типа. Кубиты первого типа включены в квантовую схему, формирующую условие управления логического оператора управления; а кубиты второго типа включены в квантовую схему, формирующую оператор выполнения управления структуры логического оператора управления. Условие управления зависит от результата исполнения кубитов квантовой схемы, представляющей условие управления.[0020] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the first integration device is further configured to implement a signal of execution of qubits of the second type according to the result of execution of qubits of the first type. The qubits of the first type are included in a quantum circuit that forms a control condition of a logical control operator; and the qubits of the second type are included in a quantum circuit that forms a control execution operator of the structure of a logical control operator. The control condition depends on the result of execution of qubits of the quantum circuit that represents the control condition.

[0021] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления центральное устройство управления дополнительно выполнено с возможностью реализации, в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа, управляемых одним из первых устройств интеграции, сигнала исполнения кубитов второго типа, управляемых другим из первых устройств интеграции. Кубиты первого типа включены в квантовую схему, формирующую условие управления логического оператора управления; а кубиты второго типа включены в квантовую схему, формирующую оператор выполнения управления структуры логического оператора управления. Условие управления зависит от результата исполнения кубитов квантовой схемы, представляющей условие управления.[0021] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the central control device is further configured to implement, in accordance with the result of executing the qubits of the first type controlled by one of the first integration devices, a signal of executing the qubits of the second type controlled by the other of the first integration devices. The qubits of the first type are included in a quantum circuit that forms a control condition of a logical control operator; and the qubits of the second type are included in a quantum circuit that forms a control execution operator of the structure of the logical control operator. The control condition depends on the result of executing the qubits of the quantum circuit that represents the control condition.

[0022] Согласно системе архитектуры квантового компьютера, описанной выше, в некоторых вариантах осуществления центральное устройство управления снабжено таблицей поиска соответствия между кубитами первого типа, первым устройством интеграции, соответствующим кубитам первого типа, кубитами второго типа и первым устройством интеграции, соответствующим кубитам второго типа.[0022] According to the quantum computer architecture system described above, in some embodiments, the central control device is provided with a lookup table of correspondence between the qubits of the first type, the first integration device corresponding to the qubits of the first type, the qubits of the second type, and the first integration device corresponding to the qubits of the second type.

[0023] По сравнению с известным уровнем техники, система архитектуры квантового компьютера в настоящем изобретении содержит: квантовый процессор, первое устройство интеграции и центральное устройство управления. Квантовый процессор содержит множество кубитов. Первое устройство интеграции выполнено с возможностью реализации сигналов исполнения и объединения результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре. Центральное устройство управления выполнено с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов, назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и приема объединения результатов исполнения с первого устройства интеграции.[0023] Compared with the prior art, the quantum computer architecture system in the present invention comprises: a quantum processor, a first integration device and a central control device. The quantum processor comprises a plurality of qubits. The first integration device is configured to implement execution signals and to combine the execution results of a first number of qubits on the quantum processor. The central control device is configured to receive bit information of the qubits to be executed on the quantum processor and the information to be executed of each of the qubits to be executed, assign the information to be executed to one or more first integration devices in accordance with the bit information and the first number and receive the combination of the execution results from the first integration device.

[0024] Согласно настоящему изобретению, первое устройство интеграции выполнено с возможностью обеспечения первого количества кубитов на квантовом процессоре сигналами исполнения и получения результатов исполнения и объединения результатов исполнения, а центральное устройство управления вызывает одно или более из первых устройств интеграции согласно полученным требованиям (т.е. битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов). Первое устройство интеграции выполнено с возможностью взаимодействия с центральным устройством управления и реализации сигналов исполнения и объединения результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре, таким образом, что улучшается общая степень интеграции квантового компьютера. Первое устройство интеграции, центральное устройство управления и взаимодействие между центральным устройством управления и первым устройством интеграции выполнены так, что улучшается масштабируемость всего квантового компьютера для адаптации к увеличению количества кубитов в квантовом процессоре.[0024] According to the present invention, the first integration device is configured to provide the first number of qubits on the quantum processor with execution signals and to obtain execution results and to combine the execution results, and the central control device calls one or more of the first integration devices according to the received requirements (i.e., the bit information of the qubits to be executed on the quantum processor and the information to be executed of each of the qubits to be executed). The first integration device is configured to interact with the central control device and to implement the execution signals and to combine the execution results of the first number of qubits on the quantum processor, such that the overall integration degree of the quantum computer is improved. The first integration device, the central control device, and the interaction between the central control device and the first integration device are configured such that the scalability of the entire quantum computer is improved to adapt to an increase in the number of qubits in the quantum processor.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВBRIEF DESCRIPTION OF GRAPHIC MATERIALS

[0025] Для того чтобы лучше проиллюстрировать технические решения в вариантах осуществления настоящего изобретения, ниже будут кратко представлены сопроводительные графические материалы, используемые в описании вариантов осуществления. Очевидно, что сопроводительные графические материалы в следующем описании являются лишь некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения и другие графические материалы могут быть получены специалистами в данной области техники из предоставленных графических материалов без творческих усилий.[0025] In order to better illustrate the technical solutions in the embodiments of the present invention, the accompanying drawings used in the description of the embodiments will be briefly introduced below. It is obvious that the accompanying drawings in the following description are only some embodiments of the present invention, and other drawings can be obtained by those skilled in the art from the provided drawings without creative efforts.

[0026] На фиг. 1 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.[0026] Fig. 1 is a diagram of a quantum computer architecture system according to some embodiments of the present invention.

[0027] На фиг. 2 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.[0027] Fig. 2 is a diagram of a quantum computer architecture system according to some embodiments of the present invention.

[0028] На фиг. 3 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения.[0028] Fig. 3 is a diagram of a quantum computer architecture system according to some embodiments of the present invention.

[0029] На фиг. 4 показано визуальное представление квантовой схемы логического оператора управления в квантовой программе.[0029] Fig. 4 shows a visual representation of a quantum circuit of a logical control operator in a quantum program.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OPTIONS

[0030] Некоторые варианты осуществления, описанные ниже со ссылкой на графические материалы, являются примерными, предназначены лишь для объяснения настоящего изобретения и не должны толковаться как ограничения настоящего изобретения.[0030] Some embodiments described below with reference to the drawings are exemplary, intended only to explain the present invention and should not be construed as limitations of the present invention.

[0031] На фиг. 1 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг. 1, система архитектуры квантового компьютера содержит: квантовый процессор 1, одно или более первых устройств 3 интеграции и центральное устройство 2 управления.[0031] Fig. 1 shows a diagram of a quantum computer architecture system according to some embodiments of the present invention. According to an embodiment of the present invention, as shown in Fig. 1, the quantum computer architecture system comprises: a quantum processor 1, one or more first integration devices 3, and a central control device 2.

[0032] Квантовый процессор 1 содержит множество кубитов. Одно или более первых устройств 3 интеграции выполнено с возможностью реализации сигнала исполнения и совокупности результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре 1. Центральное устройство 2 управления выполнено с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов, назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам 3 интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и получения объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств 3 интеграции.[0032] The quantum processor 1 comprises a plurality of qubits. One or more first integration devices 3 are configured to implement an execution signal and a set of execution results of a first number of qubits on the quantum processor 1. The central control device 2 is configured to receive bit information of the qubits to be executed on the quantum processor 1 and information to be executed of each of the qubits to be executed, assign the information to be executed to one or more first integration devices 3 in accordance with the bit information and the first number, and receive a combination of the execution results from one or more first integration devices 3.

[0033] Согласно настоящему изобретению, первое устройство интеграции выполнено с возможностью обеспечения первого количества кубитов на квантовом процессоре 1 сигналами исполнения и получения результатов исполнения и объединения результатов исполнения, и центральное устройство управления вызывает одно или более из первых устройств интеграции согласно полученным требованиям (т.е. битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов). Первое устройство интеграции выполнено с возможностью взаимодействия с центральным устройством управления и реализации сигналов исполнения и объединения результатов исполнения первого количества кубитов на квантовом процессоре, таким образом, что улучшается общая степень интеграции квантового компьютера. Первое устройство интеграции, центральное устройство управления и взаимодействие между центральным устройством управления и первым устройством интеграции выполнены так, что улучшается масштабируемость всего квантового компьютера для адаптации к увеличению количества кубитов в квантовом процессоре.[0033] According to the present invention, the first integration device is configured to provide the first number of qubits on the quantum processor 1 with signals for executing and obtaining execution results and combining the execution results, and the central control device calls one or more of the first integration devices according to the received requirements (i.e. bit information of the qubits to be executed on the quantum processor 1 and information to be executed of each of the qubits to be executed). The first integration device is configured to interact with the central control device and implement the signals for executing and combining the execution results of the first number of qubits on the quantum processor, such that the overall degree of integration of the quantum computer is improved. The first integration device, the central control device and the interaction between the central control device and the first integration device are configured such that the scalability of the entire quantum computer is improved to adapt to an increase in the number of qubits in the quantum processor.

[0034] Следует отметить, что квантовый процессор 1 содержит множество кубитов, а кубиты являются базовыми блоками для хранения квантовой информации и выполнения квантовых вычислений. Нет никаких конкретных ограничений на реализацию физического аппаратного обеспечения кубитов. Примерами кубитов являются сверхпроводящие кубиты и полупроводящие кубиты.[0034] It should be noted that the quantum processor 1 contains a plurality of qubits, and qubits are basic units for storing quantum information and performing quantum computations. There are no specific restrictions on the implementation of the physical hardware of qubits. Examples of qubits are superconducting qubits and semiconducting qubits.

[0035] На фиг. 2 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. В качестве варианта осуществления настоящего изобретения, относящегося к фиг. 2, центральное устройство 2 управления содержит первый модуль 21 сбора данных и первый модуль 22 управления. Первый модуль 21 сбора данных выполнен с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов. Первый модуль 22 управления выполнен с возможностью назначения информации, подлежащей исполнению, одному или более первым устройствам 3 интеграции в соответствии с битовой информацией и первым количеством и приема объединения результатов исполнения с одного или более первых устройств 3 интеграции.[0035] Fig. 2 shows a system diagram of the architecture of a quantum computer according to some embodiments of the present invention. As an embodiment of the present invention related to Fig. 2, the central control device 2 comprises a first data acquisition module 21 and a first control module 22. The first data acquisition module 21 is configured to receive bit information of qubits to be executed on the quantum processor 1 and information to be executed of each of the qubits to be executed. The first control module 22 is configured to assign the information to be executed to one or more first integration devices 3 in accordance with the bit information and the first number and to receive a combination of the execution results from the one or more first integration devices 3.

[0036] Например, первый модуль 21 сбора данных может вызывать конкретное устройство через интерфейс для получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов. В качестве примера, конкретное устройство представляет собой устройство, которое получает битовую информацию подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информацию, подлежащую исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов посредством компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1.[0036] For example, the first data acquisition module 21 may call a specific device via an interface to obtain bit information of qubits to be executed on the quantum processor 1 and information to be executed of each of the qubits to be executed. As an example, the specific device is a device that obtains bit information of qubits to be executed on the quantum processor 1 and information to be executed of each of the qubits to be executed by compiling a quantum computing task to be executed on the quantum processor 1.

[0037] Следует отметить, что технологический процесс получения на конкретном устройстве битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов посредством компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1, не относится к содержанию, для которого испрашивается защита в настоящем изобретении. Подробное введение в настоящем документе не приводится.[0037] It should be noted that the technological process of obtaining on a specific device the bit information of the qubits to be executed on the quantum processor 1 and the information to be executed of each of the qubits to be executed by compiling the quantum computing task to be executed on the quantum processor 1 does not relate to the content for which protection is sought in the present invention. A detailed introduction is not given in the present document.

[0038] В качестве примера, конкретное устройство представляет собой терминал, выполняющий функцию процессора. В качестве примера, терминал с функцией процессора представляет собой терминальный компьютер, на который загружено программное обеспечение для компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1, или же терминал с функцией процессора представляет собой сервер, на который загружено программное обеспечение для компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1.[0038] As an example, a specific device is a terminal that performs a processor function. As an example, a terminal with a processor function is a terminal computer loaded with software for compiling a quantum computing task to be executed on a quantum processor 1, or a terminal with a processor function is a server loaded with software for compiling a quantum computing task to be executed on a quantum processor 1.

[0039] В качестве варианта осуществления настоящего изобретения, также относящегося к фиг. 2, система архитектуры квантового компьютера дополнительно содержит терминал, выполненный с возможностью получения битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 и информации, подлежащей исполнению, каждого из подлежащих исполнению кубитов посредством компиляции задачи квантовых вычислений, подлежащей исполнению на квантовом процессоре 1, и отправки битовой информации и информации, подлежащей исполнению, на центральное устройство 2 управления. Терминал и центральное устройство 2 управления могут осуществлять связь друг с другом через беспроводную сеть или проводную сеть. В некоторых вариантах осуществления терминал и центральное устройство 2 управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть.[0039] As an embodiment of the present invention, also related to Fig. 2, the system of the quantum computer architecture further comprises a terminal configured to obtain bit information of the qubits to be executed on the quantum processor 1 and information to be executed of each of the qubits to be executed by compiling a quantum computing task to be executed on the quantum processor 1 and sending the bit information and the information to be executed to the central control device 2. The terminal and the central control device 2 may communicate with each other via a wireless network or a wired network. In some embodiments, the terminal and the central control device 2 communicate with each other via a wired network.

[0040] В качестве варианта осуществления настоящего изобретения терминал дополнительно выполнен с возможностью отправки битовой информации на первое устройство 3 интеграции, и первое устройство 3 интеграции и терминал могут осуществлять связь друг с другом через беспроводную сеть или проводную сеть. В некоторых вариантах осуществления терминал и центральное устройство 2 управления осуществляют связь друг с другом через беспроводную сеть. Посредством передачи битовой информации между терминалом и первым устройством 3 интеграции может быть реализована конструкция, при которой первое устройство 3 интеграции передает информацию на центральное устройство 2 управления по требованию на основе битовой информации. В качестве примера, сигнал готовности, указывающий на то, что первое устройство 3 интеграции готово начать работу, может быть отправлен в соответствующую приемную позицию в центральном устройстве 2 управления в соответствии с битовой информацией.[0040] As an embodiment of the present invention, the terminal is further configured to send bit information to the first integration device 3, and the first integration device 3 and the terminal can communicate with each other via a wireless network or a wired network. In some embodiments, the terminal and the central control device 2 communicate with each other via a wireless network. By transmitting the bit information between the terminal and the first integration device 3, a structure can be realized in which the first integration device 3 transmits information to the central control device 2 on demand based on the bit information. As an example, a ready signal indicating that the first integration device 3 is ready to start operation can be sent to a corresponding receiving position in the central control device 2 in accordance with the bit information.

[0041] Следует отметить, что физическим аппаратным обеспечением терминала может быть, например, компьютер, сервер или тому подобное.[0041] It should be noted that the physical hardware of the terminal may be, for example, a computer, a server, or the like.

[0042] В качестве варианта осуществления настоящего изобретения битовая информация содержит информацию о количестве битов и идентификационную информацию о кубитах, и первый модуль 22 управления выполнен с возможностью определения подлежащего назначению первого устройства 3 интеграции согласно взаимосвязи между информацией о количестве битов и первым количеством и назначения информации, подлежащей исполнению, определенному подлежащему назначению первому устройству 3 интеграции в соответствии с идентификационной информацией о кубитах.[0042] As an embodiment of the present invention, the bit information comprises information on the number of bits and identification information on qubits, and the first control module 22 is configured to determine the first integration device 3 to be assigned according to the relationship between the information on the number of bits and the first number and assign the information to be executed to the determined first integration device 3 to be assigned according to the identification information on qubits.

[0043] В качестве примера, информация о количестве битов в битовой информации подлежащих исполнению кубитов на квантовом процессоре 1 определяется как требующая 6 кубитов, идентификационная информация о кубитах определяет, что 6 кубитов представляют собой Q0, Q1, Q2, Q3, Q4 и Q5, соответственно, и первое количество равно 3. То есть каждое из первых устройств 3 интеграции управляет 3 кубитами. Затем два подлежащих назначению первых устройства 3 интеграции определяются согласно взаимосвязи между информацией о количестве битов и первым количеством, которые, как предполагается, пронумерованы как устройство 1 и устройство 2 соответственно. Устройство 1 управляет кубитами Q0, Q2 и Q4, а устройство 2 управляет кубитами Q1, Q3 и Q5. В результате указанное назначение информации, подлежащей исполнению, определенному первому устройству 3 интеграции, подлежащему назначению, в соответствии с идентификационной информацией о кубитах, конкретно включает: отправку информации, подлежащей исполнению, соответствующей кубитам Q0, Q2 и Q4, на устройство 1 и отправку информации, подлежащей исполнению, соответствующей кубитам Q1, Q3 и Q5, на устройство 2.[0043] As an example, the information about the number of bits in the bit information of the qubits to be executed on the quantum processor 1 is determined to require 6 qubits, the identification information about the qubits determines that the 6 qubits are Q0, Q1, Q2, Q3, Q4 and Q5, respectively, and the first quantity is 3. That is, each of the first integration devices 3 controls 3 qubits. Then, two first integration devices 3 to be assigned are determined according to the relationship between the information about the number of bits and the first quantity, which are assumed to be numbered as device 1 and device 2, respectively. Device 1 controls qubits Q0, Q2 and Q4, and device 2 controls qubits Q1, Q3 and Q5. As a result, the specified assignment of the information to be executed to the determined first integration device 3 to be assigned, in accordance with the identification information about the qubits, specifically includes: sending the information to be executed corresponding to the qubits Q0, Q2 and Q4 to the device 1 and sending the information to be executed corresponding to the qubits Q1, Q3 and Q5 to the device 2.

[0044] Следует отметить, что информация, подлежащая исполнению, соответствующая кубиту, относится к информации, связанной с операцией квантового логического вентиля, которая должна быть применена к кубиту, причем операция квантового логического вентиля включает подлежащие задействованию одиночный квантовый логический вентиль или комбинацию множества квантовых логических вентилей, включая хронометраж операций, и информация, связанная с операцией квантового логического вентиля, является информацией о форме сигнала, то есть информацией о форме сигнала, соответствующей одиночному квантовому логическому вентилю, или информацией о форме сигнала, соответствующей комбинации множества квантовых логических вентилей, включая хронометраж операций.[0044] It should be noted that the information to be executed corresponding to the qubit refers to information related to the operation of a quantum logic gate to be applied to the qubit, wherein the operation of a quantum logic gate includes a single quantum logic gate or a combination of a plurality of quantum logic gates to be applied, including the timing of the operations, and the information related to the operation of a quantum logic gate is waveform information, that is, waveform information corresponding to a single quantum logic gate, or waveform information corresponding to a combination of a plurality of quantum logic gates, including the timing of the operations.

[0045] В качестве варианта осуществления настоящего изобретения, также относящегося к фиг. 2, первое устройство 3 интеграции содержит первые сигнальные модули 31 и второй модуль 32 управления.[0045] As an embodiment of the present invention, also relating to Fig. 2, the first integration device 3 comprises first signal modules 31 and a second control module 32.

[0046] Количество первых сигнальных модулей 31 устанавливается равным первому количеству, и каждый из первых сигнальных модулей 31 выполнен с возможностью обеспечивать один кубит физическим сигналом исполнения и принимать сигнал результата исполнения с кубита.[0046] The number of first signal modules 31 is set equal to a first number, and each of the first signal modules 31 is configured to provide one qubit with a physical execution signal and to receive an execution result signal from the qubit.

[0047] Например, на фиг. 3 представлена схема системы архитектуры квантового компьютера согласно некоторым вариантам осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг. 3, первый сигнальный модуль 31 содержит модуль 311 источника сигнала и модуль 312 обнаружения сигнала. Модуль 311 источника сигнала выполнен с возможностью генерирования конкретного физического сигнала исполнения. Модуль 312 обнаружения сигнала выполнен с возможностью получения сигнала, подаваемого обратно кубитом, для получения сигнала результата исполнения кубита.[0047] For example, Fig. 3 shows a system diagram of a quantum computer architecture according to some embodiments of the present invention. As shown in Fig. 3, the first signal module 31 includes a signal source module 311 and a signal detection module 312. The signal source module 311 is configured to generate a specific physical execution signal. The signal detection module 312 is configured to receive a signal fed back by the qubit to obtain a signal of the execution result of the qubit.

[0048] Следует отметить, что согласно функции генерируемого физического сигнала исполнения модуль источника сигнала может быть предоставлен как модуль источника сигнала с единственной функцией или модуля источника сигнала со встроенной функцией. В качестве примера, для сверхпроводящих кубитов, сверхпроводящим кубитам требуются два типа сигналов с разными функциями, а именно физический сигнал исполнения для реализации операции квантового логического вентиля, подлежащей исполнению на кубите, и физический сигнал исполнения, используемый для считывания квантового состояния кубита соответственно. Источники сигналов, которые генерируют два типа физических сигналов исполнения, могут быть выполнены как модуль источника сигнала со встроенной функцией или как подмодули источника сигнала с отдельными функциями соответственно.[0048] It should be noted that, according to the function of the generated physical execution signal, the signal source module may be provided as a signal source module with a single function or a signal source module with a built-in function. As an example, for superconducting qubits, the superconducting qubits require two types of signals with different functions, namely, a physical execution signal for implementing a quantum logic gate operation to be executed on the qubit, and a physical execution signal used to read out the quantum state of the qubit, respectively. The signal sources that generate two types of physical execution signals may be configured as a signal source module with a built-in function or as signal source submodules with separate functions, respectively.

[0049] Следует отметить, что, когда источники сигналов физических сигналов исполнения, которые реализуют разные функции, соответственно используются как подмодули источника сигнала с отдельными функциями, все подмодули источника сигнала для одного кубита образуют один модуль источника сигнала в пределах первого количества, указанного выше.[0049] It should be noted that, when signal sources of physical execution signals that implement different functions are respectively used as signal source submodules with separate functions, all signal source submodules for one qubit form one signal source module within the first quantity specified above.

[0050] Кроме того, следует отметить, что процесс применения физического сигнала исполнения каждого типа функции к кубиту и реализация физического аппаратного обеспечения конкретно не ограничены в этом варианте осуществления.[0050] In addition, it should be noted that the process of applying the physical execution signal of each type of function to the qubit and the implementation of the physical hardware are not particularly limited in this embodiment.

[0051] Кроме того, следует отметить, что модуль 312 обнаружения сигнала может быть выполнен на основе платы сбора данных.[0051] In addition, it should be noted that the signal detection module 312 can be implemented based on a data acquisition board.

[0052] Второй модуль 32 управления подключен к первым сигнальным модулям 31 и выполнен с возможностью определения и отправки каждого фрагмента информации, подлежащей исполнению, на первый сигнальный модуль 31, соответствующий каждому фрагменту информации, подлежащей исполнению, в соответствии с битовой информацией и заданной взаимосвязью между идентификационной информацией первого сигнального модуля 31 и идентификационной информации о кубитах, и приема и отправки сигнала результата исполнения на центральное устройство 2 управления.[0052] The second control module 32 is connected to the first signal modules 31 and is configured to determine and send each piece of information to be executed to the first signal module 31 corresponding to each piece of information to be executed, in accordance with the bit information and a specified relationship between the identification information of the first signal module 31 and the identification information about the qubits, and to receive and send a signal of the execution result to the central control device 2.

[0053] В качестве примера, заданная взаимосвязь между идентификационной информацией первого сигнального модуля 31 и идентификационной информацией о кубитах (т.е. заданная взаимосвязь) заключается в том, что идентификационная информация о кубитах Q0, Q1 и Q2 соответствует первому сигнальному модулю 31 с номером 1, первому сигнальному модулю 31 с номером 2 и первому сигнальному модулю 31 с номером 3 в первом устройстве 3 интеграции, соответственно. В результате упомянутое определение и отправка каждого фрагмента информации, подлежащей исполнению, в первый сигнальный модуль 31, соответствующий каждому фрагменту информации, подлежащей исполнению, в соответствии с битовой информацией и заданной взаимосвязью, может включать, например, отправку информации, подлежащей исполнению, соответствующей кубиту Q0, на первый сигнальный модуль 31 с номером 1 в первом устройстве 3 интеграции.[0053] As an example, a predetermined relationship between the identification information of the first signal module 31 and the identification information about the qubits (i.e. a predetermined relationship) is that the identification information about the qubits Q0, Q1 and Q2 correspond to the first signal module 31 with a number 1, the first signal module 31 with a number 2 and the first signal module 31 with a number 3 in the first integration device 3, respectively. As a result, said determining and sending each piece of information to be executed to the first signal module 31 corresponding to each piece of information to be executed in accordance with the bit information and the predetermined relationship may include, for example, sending the information to be executed corresponding to the qubit Q0 to the first signal module 31 with a number 1 in the first integration device 3.

[0054] Следует отметить, что информация, подлежащая исполнению, соответствующая кубиту, относится к информации, связанной с операцией квантового логического вентиля, экспериментальной операцией получения параметров кубита и экспериментальной операцией калибровки параметров кубита, которая должна быть применена к кубиту. Операция квантового логического вентиля включает подлежащий задействованию одиночный квантовый логический вентиль или комбинацию множества квантовых логических вентилей, включая хронометраж операций. Информация, относящаяся к операции квантового логического вентиля, представляет собой информацию о форме сигнала, то есть информацию о форме сигнала, соответствующую одиночному квантовому логическому вентилю, или информацию о форме сигнала, соответствующую комбинации множества квантовых логических вентилей, включая хронометраж операций. В этом случае модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации информации, связанной с операцией квантового логического вентиля. То есть модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации информации о форме сигнала. Экспериментальная операция получения параметров кубита включает эксперимент по получению энергетического спектра частотных параметров кубита, эксперимент Рэмси по определению временного параметра когерентности кубита и тому подобное. Связанная информация представляет собой экспериментальную информацию о форме сигнала, и модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации экспериментальной информации о форме сигнала.[0054] It should be noted that the information to be executed corresponding to the qubit refers to information related to the operation of the quantum logic gate, the experimental operation of obtaining the parameters of the qubit, and the experimental operation of calibrating the parameters of the qubit, which is to be applied to the qubit. The operation of the quantum logic gate includes a single quantum logic gate to be activated or a combination of a plurality of quantum logic gates, including the timing of the operations. The information related to the operation of the quantum logic gate is waveform information, that is, waveform information corresponding to a single quantum logic gate, or waveform information corresponding to a combination of a plurality of quantum logic gates, including the timing of the operations. In this case, the signal source module is configured to generate a physical execution signal for implementing the information related to the operation of the quantum logic gate. That is, the signal source module is configured to generate a physical execution signal for implementing the waveform information. The experimental operation of obtaining qubit parameters includes an experiment to obtain the energy spectrum of frequency parameters of the qubit, a Ramsey experiment to determine the time parameter of qubit coherence, and the like. The associated information is experimental information on the waveform, and the signal source module is configured to generate a physical execution signal to implement the experimental information on the waveform.

[0055] Следует отметить, что информация, подлежащая исполнению, соответствующая кубиту, может быть информацией, связанной с операцией измерения показаний кубита, например информацией о форме сигнала операции измерения показаний соответствующего кубита, и модуль источника сигнала выполнен с возможностью генерирования физического сигнала исполнения для реализации информации о форме сигнала операции измерения показаний.[0055] It should be noted that the information to be executed corresponding to the qubit may be information related to the measurement operation of the qubit, for example, information about the waveform of the measurement operation of the corresponding qubit, and the signal source module is configured to generate a physical execution signal for implementing the waveform information of the measurement operation.

[0056] Следует отметить, что физическое аппаратное обеспечение второго модуля 32 управления является аппаратным обеспечением для сбора и назначения сигналов согласно заданному правилу адресации. Заданное правило адресации устанавливается в соответствии с управляющей взаимосвязью между кубитом и первым сигнальным модулем 31. В качестве примера, управляющая взаимосвязь представляет собой заданную управляющую взаимосвязь или фактическую управляющую взаимосвязь.[0056] It should be noted that the physical hardware of the second control module 32 is hardware for collecting and assigning signals according to a predetermined addressing rule. The predetermined addressing rule is established in accordance with the control relationship between the qubit and the first signal module 31. As an example, the control relationship is a predetermined control relationship or an actual control relationship.

[0057] Система архитектуры квантового компьютера согласно настоящему изобретению нуждается в запуске приложений, таких как вычисления, для реализации целевой задачи квантовых вычислений. Если в целевой задаче квантовых вычислений возникает ситуация, при которой кубиты должны запускать соответствующую информацию об исполнении в один и тот же момент, соответствующая информация об исполнении кубитов должна отправляться синхронно. Соответственно, в варианте осуществления настоящего изобретения первый сигнальный модуль 31 дополнительно выполнен с возможностью генерирования сигнала готовности, выводимого на центральное устройство 2 управления, приема сигнала запуска, подаваемого обратно центральным устройством 2 управления на основе сигнала готовности, и запуска физического сигнала исполнения, который должен быть выведен на кубит, соответствующий физическому сигналу исполнения, на квантовом процессоре 1 на основе сигнала запуска.[0057] The quantum computer architecture system according to the present invention needs to start applications such as computations to implement a quantum computing target task. If a situation occurs in the quantum computing target task in which qubits need to start corresponding execution information at the same time, the corresponding execution information of the qubits needs to be sent synchronously. Accordingly, in an embodiment of the present invention, the first signal module 31 is further configured to generate a ready signal output to the central control device 2, receive a start signal fed back by the central control device 2 based on the ready signal, and start a physical execution signal to be output to a qubit corresponding to the physical execution signal on the quantum processor 1 based on the start signal.

[0058] В этом варианте осуществления, на основе сигнала готовности, выводимого первым сигнальным модулем 31, и сигнала запуска, подаваемого обратно центральным устройством 2 управления на основе сигнала готовности, первый сигнальный модуль 31 запускает физический сигнал исполнения, который должен быть выведен на соответствующий кубит на квантовом процессоре 1, для реализации требования о том, чтобы разные кубиты на квантовом процессоре 1 исполняли соответствующую информацию об исполнении одновременно. Что важно, решена проблема, заключающаяся в том, что трудно синхронизировать тактовые импульсы между первыми сигнальными модулями 31 разного аппаратного обеспечения, когда первые сигнальные модули 31, соответствующие разным кубитам, выводят физические сигналы исполнения.[0058] In this embodiment, based on the ready signal output by the first signal module 31 and the start signal fed back by the central control device 2 based on the ready signal, the first signal module 31 starts a physical execution signal to be output to a corresponding qubit on the quantum processor 1, to implement the requirement that different qubits on the quantum processor 1 execute corresponding execution information at the same time. What is important, the problem that it is difficult to synchronize clock pulses between the first signal modules 31 of different hardware when the first signal modules 31 corresponding to different qubits output physical execution signals is solved.

[0059] В варианте осуществления настоящего изобретения второй сигнальный модуль 22 и первые сигнальные модули 31 расположены на одной объединительной плате, и каждый из первых сигнальных модулей 31 подключен ко второму модулю 22 управления через линию передачи в объединительной плате, таким образом улучшая степень интеграции первого устройства 3 интеграции, а также улучшая степень интеграции квантового компьютера в целом.[0059] In an embodiment of the present invention, the second signal module 22 and the first signal modules 31 are located on the same backplane, and each of the first signal modules 31 is connected to the second control module 22 via a transmission line in the backplane, thereby improving the integration degree of the first integration device 3, and also improving the integration degree of the quantum computer as a whole.

[0060] В варианте осуществления настоящего изобретения первое устройство 3 интеграции предусмотрено в первой пространственной области, а центральное устройство 2 управления предусмотрено во второй пространственной области, и вторая пространственная область отличается от первой пространственной области. В варианте осуществления первое устройство 3 интеграции может быть предусмотрено в первой пространственной области, определяемой первым блоком, а центральное устройство 2 управления может быть предусмотрено во второй пространственной области, определяемой вторым блоком. Первое устройство 3 интеграции и центральное устройство 2 управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть. Первое устройство 3 интеграции и центральное устройство 2 управления расположены в разных блоках, и первое устройство 3 интеграции и центральное устройство 2 управления осуществляют связь друг с другом через проводную сеть, тем самым облегчая построение системы архитектуры квантового компьютера и улучшая интеграцию построенной системы архитектуры квантового компьютера.[0060] In an embodiment of the present invention, the first integration device 3 is provided in a first spatial region, and the central control device 2 is provided in a second spatial region, and the second spatial region is different from the first spatial region. In the embodiment, the first integration device 3 may be provided in the first spatial region defined by the first block, and the central control device 2 may be provided in the second spatial region defined by the second block. The first integration device 3 and the central control device 2 communicate with each other via a wired network. The first integration device 3 and the central control device 2 are located in different blocks, and the first integration device 3 and the central control device 2 communicate with each other via a wired network, thereby facilitating the construction of the quantum computer architecture system and improving the integration of the constructed quantum computer architecture system.

[0061] Система архитектуры квантового компьютера согласно настоящему изобретению нуждается в запуске приложений, например, для реализации запуска квантовой программы с логическим оператором управления. Можно понять, что структура логического оператора управления в квантовой программе может быть аналогична логическому оператору управления в классической программе. В качестве примера, структура логического оператора управления Qif в квантовой программе аналогична логическому оператору управления if в классической программе, структура логического оператора управления Qfor в квантовой программе аналогична логическому оператору управления for в классической программе и структура логического оператора управления Qwhile в квантовой программе аналогична логическому оператору управления while в классической программе. Отличие состоит в том, что условие управления логического управляющего воздействия в квантовой программе представлено квантовой схемой, и условие управления зависит от результата исполнения кубита в соответствующей квантовой схеме. Оператор выполнения управления логического оператора управления в квантовой программе также представлен квантовой схемой. Исполнение оператора выполнения управления включает, но без ограничения, исполнение, неисполнение и итеративное исполнение, в зависимости от того, выполнено ли условие управления.[0061] The quantum computer architecture system according to the present invention needs to run applications, for example, to implement running a quantum program with a logical control statement. It can be understood that the structure of the logical control statement in the quantum program can be similar to the logical control statement in the classical program. As an example, the structure of the logical control statement Qif in the quantum program is similar to the logical control statement if in the classical program, the structure of the logical control statement Qfor in the quantum program is similar to the logical control statement for in the classical program, and the structure of the logical control statement Qwhile in the quantum program is similar to the logical control statement while in the classical program. The difference is that the control condition of the logical control action in the quantum program is represented by a quantum circuit, and the control condition depends on the result of executing the qubit in the corresponding quantum circuit. The control execution statement of the logical control statement in the quantum program is also represented by a quantum circuit. The execution of the control execution statement includes, but is not limited to, execution, non-execution, and iterative execution, depending on whether the control condition is satisfied.

[0062] Логический оператор управления в квантовой программе в качестве примера представлен оператором Qif. Например, визуальное представление квантовой схемы логического оператора управления в квантовой программе показано на фиг. 4. Кодированное представление квантовой схемы логического оператора управления в квантовой программе выглядит следующим образом:[0062] The logical control operator in a quantum program is represented by the Qif operator as an example. For example, a visual representation of the quantum circuit of the logical control operator in a quantum program is shown in Fig. 4. The encoded representation of the quantum circuit of the logical control operator in a quantum program is as follows:

[0063] H(q[0]), H(q[1]), H(q[2]), X(q[0]), Y(q[1]), Z(q[2]), M(q[0], c0), M(q[1], c1);[0063] H(q[0]), H(q[1]), H(q[2]), X(q[0]), Y(q[1]), Z(q[2]) , M(q[0], c0), M(q[1], c1);

[0064] Qif(c0 & c1==1)[0064] Qif(c0 & c1==1)

[0065] Y(q[1]), Z(q[2]), M(q[0], c0), M(q[1], c1), M(q[2], c2).[0065] Y(q[1]), Z(q[2]), M(q[0], c0), M(q[1], c1), M(q[2], c2).

[0066] В приведенном выше примере q[0]), q[1] и q [2] все представляют кубиты, H, X, Y и Z все представляют квантовые логические вентили, а M(q[n], cn) обозначает измерение кубита q[n] для получения результата его исполнения и сохранение результата исполнения в регистре cn, где n=0, 1, 2.[0066] In the above example, q[0]), q[1] and q[2] all represent qubits, H, X, Y and Z all represent quantum logic gates, and M(q[n], cn) denotes measuring qubit q[n] to obtain its execution result and storing the execution result in register cn, where n=0, 1, 2.

[0067] В приведенном выше примере Qif(c0 & c1==1) обозначает, что Y(q[1]), Z(q[2]), M(q[0], c0), M(q[1], c1), M(q[2], c2) исполняются, когда значение в регистре c0 и значение в регистре c1 оба равны 1.[0067] In the above example, Qif(c0 & c1==1) means that Y(q[1]), Z(q[2]), M(q[0], c0), M(q[1], c1), M(q[2], c2) are executed when the value in register c0 and the value in register c1 are both 1.

[0068] Для реализации запуска квантовой программы с логическим оператором управления первое устройство 3 интеграции системы архитектуры квантового компьютера согласно настоящему изобретению дополнительно выполнено с возможностью реализации сигнала исполнения кубитов второго типа согласно результату исполнения кубитов первого типа. Кубиты первого типа включены в квантовую схему, формирующую условие управления логического оператора управления. Кубиты второго типа включены в квантовую схему, формирующую оператором выполнения управления структуры логического оператора управления. Условие управления зависит от результата исполнения кубитов квантовой схемы, представляющей условие управления. Можно понять, что результатом исполнения в настоящем документе является внутреннее квантовое состояние, полученное путем коллапса измерения квантового состояния кубита. Например, для кубита результатом исполнения является 0 или 1.[0068] In order to implement the launch of a quantum program with a logical control operator, the first device 3 of the integration system of the quantum computer architecture according to the present invention is further configured to implement a signal of execution of qubits of the second type according to the result of execution of qubits of the first type. Qubits of the first type are included in a quantum circuit that forms a control condition of the logical control operator. Qubits of the second type are included in a quantum circuit that forms a control execution operator of the structure of the logical control operator. The control condition depends on the result of execution of qubits of the quantum circuit that represents the control condition. It can be understood that the result of execution in the present document is an internal quantum state obtained by collapsing the measurement of the quantum state of a qubit. For example, for a qubit, the result of execution is 0 or 1.

[0069] Первое устройство 3 интеграции с вышеуказанной конфигурацией может реализовать логический оператор управления квантовой программы в одном первом устройстве 3 интеграции. Первое устройство 3 интеграции реализует сигнал исполнения кубитов второго типа согласно результату исполнения кубитов первого типа. В варианте осуществления первое устройство 3 интеграции содержит первые сигнальные модули 31 и второй модуль 32 управления.[0069] The first integration device 3 with the above configuration can implement the logical control operator of the quantum program in one first integration device 3. The first integration device 3 implements the execution signal of the qubits of the second type according to the execution result of the qubits of the first type. In an embodiment, the first integration device 3 comprises the first signal modules 31 and the second control module 32.

[0070] Количество первых сигнальных модулей 31 устанавливается равным первому количеству, часть первых сигнальных модулей 31 выполнены с возможностью обеспечения кубитов первого типа физическими сигналами исполнения и приема сигналов результата исполнения от кубитов, а другая часть первых сигнальных модулей 31 выполнена с возможностью обеспечения кубитов второго типа физическими сигналами исполнения и получения сигналов результата исполнения от кубитов.[0070] The number of first signal modules 31 is set equal to the first number, part of the first signal modules 31 are configured to provide qubits of the first type with physical execution signals and to receive execution result signals from qubits, and another part of the first signal modules 31 are configured to provide qubits of the second type with physical execution signals and to receive execution result signals from qubits.

[0071] Второй модуль 32 управления подключен к первым сигнальным модулям 31 и выполнен с возможностью определения и отправки информации, подлежащей исполнению, кубитов второго типа в соответствующие первые сигнальные модули 31 в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа, битовой информацией и заданной взаимосвязью между идентификационной информацией первого сигнального модуля 31 и идентификационной информацией о кубитах.[0071] The second control module 32 is connected to the first signal modules 31 and is configured to determine and send information to be executed of the qubits of the second type to the corresponding first signal modules 31 in accordance with the result of executing the qubits of the first type, the bit information and a specified relationship between the identification information of the first signal module 31 and the identification information about the qubits.

[0072] Для реализации запуска квантовой программы с логическим оператором управления центральное устройство 2 управления системы архитектуры квантового компьютера согласно настоящему изобретению дополнительно выполнено с возможностью реализации, в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа, управляемых одним из первых устройств 3 интеграции, сигнала исполнения кубитов второго типа, управляемых другим из первых устройств 3 интеграции.[0072] In order to implement the launch of a quantum program with a logical control operator, the central control device 2 of the quantum computer architecture system according to the present invention is additionally configured with the possibility of implementing, in accordance with the result of the execution of qubits of the first type, controlled by one of the first integration devices 3, a signal for the execution of qubits of the second type, controlled by the other of the first integration devices 3.

[0073] Центральное устройство 2 управления с вышеуказанной конфигурацией может реализовывать логический оператор управления квантовой программы между центральным устройством 2 управления и первыми устройствами 3 интеграции. Центральное устройство 2 управления выполнено с возможностью реализации, в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа, управляемых одним из первых устройств 3 интеграции, сигнала исполнения кубитов второго типа, управляемых другим из первых устройств 3 интеграции, и снабжено таблицей поиска соответствия между кубитами первого типа, первым устройством 3 интеграции, соответствующим кубитам первого типа, кубитами второго типа и первым устройством 3 интеграции, соответствующим кубитам второго типа.[0073] The central control device 2 with the above-mentioned configuration can implement a logical control operator of a quantum program between the central control device 2 and the first integration devices 3. The central control device 2 is configured to implement, in accordance with the result of executing the qubits of the first type, controlled by one of the first integration devices 3, a signal of executing the qubits of the second type, controlled by another of the first integration devices 3, and is provided with a lookup table of correspondence between the qubits of the first type, the first integration device 3 corresponding to the qubits of the first type, the qubits of the second type and the first integration device 3 corresponding to the qubits of the second type.

[0074] В варианте осуществления результат исполнения кубитов первого типа отправляется в центральное устройство 2 управления через соответствующее первое устройство 3 интеграции, и центральное устройство 2 управления определяет порядковый номер первого устройства 3 интеграции, соответствующего подлежащим исполнению кубитам второго типа, в соответствии с результатом исполнения кубитов первого типа и встроенной таблицей поиска соответствия между кубитами первого типа, первым устройством 3 интеграции, соответствующим кубитам первого типа, кубитами второго типа и первым устройством 3 интеграции, соответствующим кубитам второго типа.[0074] In an embodiment, the result of the execution of the qubits of the first type is sent to the central control device 2 through the corresponding first integration device 3, and the central control device 2 determines the serial number of the first integration device 3 corresponding to the qubits of the second type to be executed, in accordance with the result of the execution of the qubits of the first type and a built-in lookup table of correspondence between the qubits of the first type, the first integration device 3 corresponding to the qubits of the first type, the qubits of the second type and the first integration device 3 corresponding to the qubits of the second type.

[0075] В описании спецификации ссылочные термины, такие как «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления», «примеры» и «конкретные примеры», означают, что конкретный признак, структура, материал или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления или примером, включены в по меньшей мере один вариант осуществления или пример настоящего изобретения. В спецификации схематические выражения для приведенных выше терминов не обязательно относятся к одному и тому же варианту осуществления или примеру. Более того, описанные конкретный признак, структура, материал или характеристика могут быть объединены в одном или более вариантах осуществления любым подходящим образом. Кроме того, специалисты в данной области техники могут комбинировать и комбинировать разные варианты осуществления или примеры, описанные в данной спецификации.[0075] In the description of the specification, reference terms such as "an embodiment," "some embodiments," "examples," and "particular examples" mean that a particular feature, structure, material, or characteristic described in connection with an embodiment or example is included in at least one embodiment or example of the present invention. In the specification, schematic expressions for the above terms do not necessarily refer to the same embodiment or example. Moreover, a particular feature, structure, material, or characteristic described may be combined in one or more embodiments in any suitable manner. In addition, those skilled in the art may combine and combine different embodiments or examples described in this specification.

[0076] Приведенное выше представляет собой только предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и никоим образом не ограничивает настоящее изобретение. Любая эквивалентная замена или модификация, произведенная любым специалистом в данной области техники в отношении технического решения и технического содержания, раскрытых в настоящем изобретении, без отступления от объема технического решения настоящего изобретения, не отступает от содержания технического решения настоящего изобретения и по-прежнему попадает в рамки объема правовой охраны настоящего изобретения.[0076] The above are only preferred embodiments of the present invention and do not limit the present invention in any way. Any equivalent replacement or modification made by any person skilled in the art to the technical solution and technical content disclosed in the present invention without departing from the scope of the technical solution of the present invention does not depart from the content of the technical solution of the present invention and still falls within the scope of legal protection of the present invention.

Claims

1. A quantum computer architecture system comprising:

a quantum processor containing multiple qubits;

a first integration device configured to implement an execution signal and combine the execution results of the first number of qubits on a quantum processor; and

a central control device configured to receive bit information of qubits to be executed on the quantum processor and information to be executed of each of the qubits to be executed, assign the information to be executed to one or more first integration devices in accordance with the bit information and a first number of qubits controlled by each of the one or more first integrated devices, and receive a combination of the execution results from the one or more first integration devices.

2. The system according to item 1, characterized in that the central control device contains:

a first data acquisition module configured to obtain bit information of the qubits to be executed on the quantum processor and information to be executed of each of the qubits to be executed; and

a first control module configured to assign information to be executed to one or more first integration devices in accordance with the bit information and the first quantity and to receive a combination of execution results from the one or more first integration devices.

3. The system according to claim 2, characterized in that the bit information contains information about the number of bits and identification information about the qubits; and

wherein the first control module is configured to determine the first integration device to be assigned according to the relationship between the information on the number of bits and the first quantity and to assign the information to be executed to the determined first integration device to be assigned in accordance with the identification information on the qubits.

4. The system according to item 1, characterized in that the first integration device comprises:

first signal modules, wherein the number of the first signal modules is a first number, and wherein each of the first signal modules is configured to provide one qubit with a physical execution signal and to receive an execution result signal from the qubit; and

a second control module connected to the first signal modules and configured to determine and send each piece of information to be executed to the first signal module corresponding to each piece of information to be executed, according to the relationship between the bit information specified by the identification information of the first signal module and the identification information about the qubits, and also to receive and send a signal of the execution result to the central control device.

5. The system according to claim 4, characterized in that the first signal modules comprise a signal source module and a signal detection module.

6. The system according to claim 5, characterized in that the information to be executed is information related to the operation of a quantum logic gate, an experimental operation of obtaining qubit parameters, and an experimental operation of calibrating qubit parameters for a qubit, and the signal source module is configured to generate a physical execution signal for implementing the information related to the operation of a quantum logic gate, an experimental operation of obtaining qubit parameters, and an experimental operation of calibrating qubit parameters.

7. The system according to claim 5, characterized in that the information to be executed is information associated with the operation of measuring the readings of the qubit, and the signal source module is configured to generate a physical execution signal for implementing the operation of measuring the readings.

8. The system according to claim 4, characterized in that the first signal modules are additionally configured to generate a readiness signal output to the central control device, receive a start signal fed back to the central control device based on the readiness signal, and start a physical execution signal to be output to a qubit corresponding to the physical execution signal on the quantum processor based on the start signal.

9. The system according to claim 4, characterized in that the second signal module and the first signal modules are located on the backplane; and

wherein each of the first signal modules is connected to the second control module via a transmission line in the backplane.

10. The system according to claim 1, characterized in that the first integration device is provided in the first spatial region, and the central control device is provided in the second spatial region, and wherein the second spatial region differs from the first spatial region.

11. The system according to claim 10, characterized in that the first integration device and the central control device communicate with each other via a wired network.

12. The system according to claim 1, characterized in that it additionally comprises a terminal configured to receive bit information of qubits to be executed on the quantum processor and information to be executed of each of the qubits to be executed by compiling a quantum computing task to be executed on the quantum processor and sending the bit information and information to be executed to the central control device.

13. The system according to item 12, characterized in that the terminal and the central control device communicate with each other via a wired network.

14. The system according to claim 1, characterized in that the first integration device is additionally configured to implement a signal for executing qubits of the second type according to the result of executing qubits of the first type; and

wherein the qubits of the first type are contained in a quantum circuit that forms the control condition of the logical control operator; and the qubits of the second type are contained in a quantum circuit that forms the control execution operator of the structure of the logical control operator; wherein the control condition depends on the result of the execution of the qubits of the quantum circuit that represents the control condition.

15. The system according to claim 1, characterized in that the central control device is additionally configured with the possibility of implementing, in accordance with the result of the execution of qubits of the first type, controlled by one of the first integrated devices, a signal of the execution of qubits of the second type, controlled by another of the first integrated devices; and

16. The system according to claim 15, characterized in that the central control device is provided with a table for searching for correspondence between qubits of the first type, a first integration device corresponding to qubits of the first type, qubits of the second type, and a first integration device corresponding to qubits of the second type.