Hardware-Centric Tightly-Coupled Quantum/Classical Computations
A hardware description language for quantum computing
Tid: On 2026-06-10 kl 14.00
Plats: D3, Lindstedtsvägen 5, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/s/69771296581
Språk: Engelska
Ämnesområde: Datalogi
Respondent: Gilbert Netzer , Parallelldatorcentrum, PDC, Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik
Opponent: Assistant Professor Rafael Ferreira da Silva, Oak Ridge National Laboratory: Oak Ridge, Tennessee, USA
Handledare: Professor Stefano Markidis, Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik; Professor Erwin Laure, Max Planck Society: Munich, DE
QC 20260513
Abstract
Genom att utnyttja kvantmekaniska effekter har kvantdatorer potentialen att lösa klassiskt svåra beräkningsproblem, som exempelvis primtalsfaktorisering av heltal, med exponentiellt bättre effektivitet, medan de har svårt att lösa klassiskt enkla uppgifter såsom summering av heltal. Hybrida applikationer, som kombinerar båda kvant- och klassiska beräkningar, försöker utnyttja styrkorna av båda tillvägagångssätten och undviker deras svagheter. Sådana applikationer behöver ta hänsyn till utformningen av gränssnittet mellan kvant- och klassiska datorer för att undvika flaskhalsar som begränsar prestandan.
I denna avhandling utvecklas en modulär mjukvarustack för hybrida kvant/klassiska applikationer som är agnostisk till den underliggande kvantteknologiska plattformen. Användningen i både högnivå, applikationsbaserade såväl som i lågnivå, högprestanda scenarierna diskuteras. Ett hårdvarubeskrivningsspråk för kretsbaserade kvantberäkningar baserat på industristandardspråket VHDL med fokus på tätt kopplade hybrida applikationer, där kvant- och klassiska beräkningar överlappar i tid, presenteras. För att minimera latensen vid informationsöverföringen mellan kvant- och klassiska beräkningar föreslås att tidskritiska klassiska delar realiseras i programmerbar hårdvara. Existerande lösningar från samordnad hård- och mjukvarudesign kan användas för att sammankoppla de klassiska lågnivåberäkningarna med högnivåmjukvaran.
En experimentell undersökning av effekten av brus i kontemporära kvantdatorer på beräkningsresultat för lösningen av partiella differentialekvationer presenteras. Den understryker vikten av sammankopplingen av talrika korta kvantberäkningar med hjälp av klassiska metoder även för löst kopplade användningar. Detta resultat bekräftar behovet av kvant/klassiska gränssnitt med låg latens och hög bandbredd.