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近年来，嘈杂中型量子计算 (NISQ) 占据了新闻头条，而容错量子计算 (FTQC) 的长期愿景则具有巨大的潜力，尽管目前资源成本和量子纠错 (QEC) 开销难以解决。对于感兴趣的问题，FTQC 将需要数百万个具有长相干时间、高保真度门和紧凑尺寸的物理量子位，才能超越经典系统。正如异构专业化在经典计算中提供了扩展优势一样，它同样在 FTQC 中引起了人们的兴趣。然而，由于设计空间巨大和物理约束多变，在 FTQC 系统的硬件或软件元素中系统地使用异构性仍然是一个严峻的挑战。本文通过介绍用于设计异构量子系统的工具箱 HetArch 并使用它来探索异构设计场景，应对了使异构 FTQC 设计实用化的挑战。我们使用分层方法，将量子算法依次分解为更小的操作（类似于经典应用内核），从而大大简化了设计空间和由此产生的权衡。我们专门针对超导系统，设计由各种超导设备组成的优化异构硬件，将物理约束抽象为设计规则，使设备能够组装成针对特定操作进行优化的标准单元。最后，我们提供了一个异构设计空间探索框架，将模拟负担减少了 10 4 倍或更多
arXiv:2305.03243v1 [quant-ph] 2023 年 5 月 5 日
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