Uusvanha kvanttitietokonearkkitehtuuri erillisellä muistilla ja prosessorilla

Nykyään kvanttitietokoneet rakennetaan kvanttipiireiksi, joissa kaikki kvanttidata on tallennettu laskettavissa oleviin rekistereihin (muistipiiriin) ja ohjelmat ilmaistaan ja suoritetaan piirimäisessä muodossa.

Vaikka tämä lähestymistapa on yksinkertainen ja intuitiivinen, se on haaste skaalaamiselle.

Japanilainen tutkimusryhmä on ehdottanut uutta vikasietoista kvanttilaskennan arkkitehtuuria, joka perustuu load-store -arkkitehtuurin konseptiin, joka monien perinteisen tietokoneen perusrakenne.

Tämä Tokion yliopiston, NTT:n ja RIKENin kehittämä lähestymistapa erottaa muistin ja prosessorin, mikä tekee arkkitehtuurista erittäin joustavan ja tehokkaan. Tämä tekniikka mahdollistaa kvanttilaitteiston tehokkaan hyödyntämisen ja nopeuttaa erittäin siirrettävien ohjelmien toteutusta.

Tutkimusryhmä ehdotti uutta arkkitehtuuria vastaamaan nykyisten kvanttitietokoneiden haasteisiin, kuten alhainen muistin käyttö ja rajallinen siirrettävyys.

Load-store -arkkitehtuuri on nykyisissa tietokoneissa käytetty standardiarkkitehtuuri, jossa tietokone on jaettu muistiin ja prosessoriin laskelmien suorittamiseksi datan vaihdon aikana. Kahta abstraktia käskyä, "load" ja "store", käytetään datan siirtämiseen muistin ja prosessorin välillä.

Kuvaamalla ohjelmia näillä ohjeilla voidaan ohjelmia rakentaa siirrettävällä tavalla, joka ei riipu tietystä suorittimen tai muistipiirien rakenteista. Lisäksi muistia tarvitaan vain datan tallentamiseen, mikä mahdollistaa tehokkaan muistin käytön.

Tämän tutkimussaavutuksen odotetaan mahdollistavan kvanttilaitteiston erittäin tehokkaan hyödyntämisen, mikä nopeuttaa merkittävästi kvanttilaskennan käytännön soveltamista.

Lisäksi ehdotuksen korkea ohjelmien siirrettävyys on tärkeä osa laitteiston kehittämis- ja virheenkorjausmenetelmien yhteensopivuuden varmistamista alemmalla tasolla ja tekniikan kehitystä ylempänä, kuten ohjelmointikieliä ja käännösoptimointia.

Tutkijoiden mukaan tutkimus on merkittävä, koska se osoittaa, että tavanomaisessa tietokonearkkitehtuurissa perustavanlaatuiset latauksen, tallennuksen ja välimuistin käsitteet ovat tehokkaita myös kvanttitietokoneiden alalla. Tämän työn odotetaan katalysoivan aktiivista tutkimusta ja kehitystä sekä tietokonearkkitehtuurissa että kvanttitietokoneissa, mikä lopulta muodostaa käytännön kvanttilaskennan perustan.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttitietotekniikan maali on jo tähtäimessä

Maailman ensimmäinen kvantti-integroitu piiri

Kvanttitietokoneen arkkitehtuuri piille