N.C. Audsley、M. Burke 英国航空航天可靠计算系统中心,约克大学计算机科学系,约克 Y01 5DD,英国。{neil,baemike}@cs.york.ac.uk 摘要——本文探讨了通过重新配置将高级容错形式引入安全关键型航空电子系统的问题。这是在分布式集成航空电子系统发生故障后提高可用性所必需的(与静态联合系统相比)。采取的方法是确定从当前架构到包含或多或少重新配置的架构的迁移路径。确定的其他挑战包括开发过程的变化;增量和灵活的时间和安全性分析;适用于安全关键系统的可配置内核。目录
随着计算机在应用领域的应用日益广泛,例如过程工业中危险化工厂和核反应堆的控制、国防中的战斗管理和武器运载、医疗保健中的重症监护和诊断系统以及空中和高速地面交通的控制系统,实时计算机控制系统中容错和可靠性问题的重要性很容易得到重视。在这些系统中使用计算机进行故障检测和诊断以及系统重新配置,有可能大大提高实时系统的运行效率。计算机系统是监控和控制设备的主要组成部分,其故障可能导致灾难性的后果,因此,只有在充分证明其所需的可靠性水平后才能安装此类系统。
自第一台计算机问世以来,硬件组件的可靠性不断提高,令人瞩目。然而,设计软件和程序变得越来越复杂,并带来越来越多的问题。仅硬件组件的可靠性不再保证计算系统所需的质量和安全性。作为这些问题的最新示例,我们可以提到 Pentium 浮点单元中众所周知的设计缺陷,该缺陷阻碍了其商业发布。然而,并不是每个人都知道,设计缺陷在任何处理器的推出中都很常见,并且通用微处理器中的许多错误甚至尚未被发现。其他一些缺陷 [Lapr98] 值得一提:在 1991 年 2 月的海湾战争中,出现了令人担忧的导弹故障报告。1992 年 11 月,伦敦救护车服务的通信系统发生故障。1993 年 6 月,法国全国连续两天没有授权信用卡交易。所有这些缺陷都经过调查并确定了其原因,但不能保证类似的事情不会在任何时候再次发生。
摘要—民用飞机的电子飞行控制系统已经进行了改进,以利用技术改进。新技术成熟后可以融入飞机。人们考虑向计算机和执行器/传感器之间的数字网络以及执行器和传感器的更多分布式处理方向发展。因此,未来的飞机系统可能采用新的架构。困难在于实现相同的安全性和可用性要求以及额外的运行可靠性(航空公司要求)。工程师面临的挑战是以合理的成本设计批量生产的容错系统。对空客和波音飞机现有电子飞行控制系统架构以及未来需求的分析促使我们简要概述了基于渐进式需求注入的架构设计过程的增量方法。索引术语—可靠性、容错、安全分析、关键航空电子系统、数字电子飞行控制系统
1. 量子比特的数量 2. 量子电路的深度 3. 样本复杂度 4. 经典的预处理和后处理 • 目标是在不同资源之间进行灵活的权衡 • 坚持可证明的最坏情况保证 + 添加关于
我们对一种基于 cat 码与外部量子纠错码连接的容错量子计算机进行了全面的架构分析。对于物理硬件,我们提出了一种耦合到二维布局的超导电路的声学谐振器系统。使用硬件的估计物理参数,我们对测量和门(包括 CNOT 和 Toffili 门)进行了详细的错误分析。在建立了一个真实的噪声模型后,我们用数字模拟了当外部代码是重复码或薄矩形表面码时的量子纠错。我们迈向通用容错量子计算的下一步是容错 Toffili 魔法状态准备协议,该协议以非常低的量子比特成本显著提高了物理 Toffili 门的保真度。为了实现更低的开销,我们为 Toffili 状态设计了一种新的魔法状态蒸馏协议。结合这些结果,我们获得了运行有用的容错量子算法所需的物理错误率和开销的实际全资源估计。我们发现,使用大约 1000 个超导电路元件,就可以构建一台容错量子计算机,该计算机可以运行目前传统计算机无法处理的电路。反过来,具有 18,000 个超导电路元件的硬件可以在传统计算无法企及的范围内模拟哈伯德模型。
摘要 实际量子计算面临的一个主要挑战是量子系统与环境相互作用所导致的无法避免的错误。容错方案中,逻辑量子位由几个物理量子位编码,能够在出现错误的情况下输出更高概率的正确逻辑量子位。然而,对量子位和算子编码的严格要求使得实现完全容错计算即使对于可实现的嘈杂中型量子技术来说也是一项挑战。特别是容错计算的阈值仍然缺乏实验验证。在这里,我们基于全光学装置,通过实验证明了容错协议阈值的存在。四个物理量子位表示为两个纠缠光子的空间模式,用于编码两个逻辑量子位。实验结果清楚地表明,当错误率低于阈值时,由容错门组成的电路中正确输出的概率高于相应的非编码电路。相反,当错误率高于阈值时,容错实现没有优势。开发的高精度光学系统可以为研究具有容错门的更复杂电路中的错误传播提供可靠的平台。
我们已经看到,当使用 Steane 码对量子比特进行编码时,我们可以横向执行 H 、 S 和 CNOT 门(因此具有容错性)。这些门一起生成 Cliffird 群,而 Gottesman-Knill 定理(我们在第 5 讲中遇到过)告诉我们,Cliffird 群电路可以在经典计算机上有效地模拟。