High Performance Control and Error Correction Hardware for Quantum Computing

用于量子计算的高性能控制和纠错硬件

基本信息

  • 批准号:
    10037194
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 127.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Collaborative R&D
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2022 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Realisation of the transformational benefits quantum computing can bring depends critically on the performance of classical computing needed to support it. Support is needed both for the control systems that maintain the systems in their quantum states as well as for the error correction systems that decode the desired results from noisy data.One of the main challenges in providing this classical computational support is the unwanted transfer of heat to the cryogenic chamber. This flows through the cabling needed for sensor and control data into and out of the chamber and is generated by power dissipation within control electronics in the chamber itself. The heat load in the chamber can be minimised by doing as much of the computation as possible in the cryogenic environment, but this is limited by the power consumption of the control and error correction electronics.A further constraint on the classical processing is that in many systems it must be done extremely quickly, i.e. within the decoherence time of the quantum system -- typically tens of microseconds.Intrinsic, a spin-out of UCL whose team includes world-class academic founders and a deeply experienced semiconductor executive, is developing a novel, fast and lower power memory technology for embedded computation applications. This project aims to advance Intrinsic's technology in a new way such that it can deliver order-of-magnitude improvements in the power and performance of computers supporting quantum systems. For digital computing systems, performance gains will be achieved by developing Intrinsic's embedded non-volatile memory to reduce the memory bottleneck by bringing the required program or coefficient memory on chip in ways not possible with existing Flash technology. This dramatically improves both cost and power consumption by reducing the energy and latency of memory transfers. Further, this project will also explore more radical and innovative improvements that come from exploiting analogue computing. Intrinsic's memristors have analogue memory properties that are fundamental to analogue compute architectures. Prior tests suggest that our technology is compatible with cryogenic operation, producing minimal heat dissipation.This project will first further develop and characterise our technology for digital applications, including at cryogenic temperatures. We will then explore the analogue properties of the devices and their suitability, also at cryogenic temperatures, as key components of analogue systems suitable for quantum control algorithms. Analogue computing could provide significant boost to what is possible 'in chamber' bringing huge benefits to the performance of cryogenic quantum systems.
量子计算所能带来的变革性效益的实现关键取决于支持它的经典计算的性能。将系统维持在量子态的控制系统以及从噪声数据中解码所需结果的纠错系统都需要支持。提供这种经典计算支持的主要挑战之一是不必要的热传递至低温室。该电流通过传感器和控制数据所需的电缆进出腔室,并由腔室本身的控制电子器件内的功耗产生。通过在低温环境中进行尽可能多的计算,可以最大限度地减少腔室中的热负荷,但这受到控制和纠错电子设备的功耗的限制。经典处理的另一个限制是,在许多情况下,在量子系统中,它必须非常快地完成,即在量子系统的退相干时间内——通常是几十微秒。Intrinsic是伦敦大学学院的一个衍生公司,其团队包括世界一流的学术创始人和一位经验丰富的半导体高管,正在开发一种新颖、快速以及用于嵌入式计算应用的低功耗存储器技术。该项目旨在以新的方式推进 Intrinsic 的技术,使其能够在支持量子系统的计算机的功率和性能方面实现数量级的改进。对于数字计算系统,通过开发 Intrinsic 的嵌入式非易失性存储器来实现性能提升,以现有闪存技术无法实现的方式将所需的程序或系数存储器带入芯片上,从而减少存储器瓶颈。通过减少内存传输的能量和延迟,可以显着提高成本和功耗。此外,该项目还将探索利用模拟计算带来的更激进和创新的改进。 Intrinsic 的忆阻器具有模拟内存特性,这是模拟计算架构的基础。先前的测试表明,我们的技术与低温操作兼容,产生最小的散热。该项目将首先进一步开发和表征我们的数字应用技术,包括在低温下。然后,我们将探索这些设备的模拟特性及其在低温下的适用性,作为适用于量子控制算法的模拟系统的关键组件。模拟计算可以显着促进“室内”的可能性,为低温量子系统的性能带来巨大的好处。

项目成果

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