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从设计量子处理器到大规模量子计算系统
摘要 — 设计、仿真、分析和验证方法对于开发整个电子电路和系统至关重要。虽然半导体技术中使用了长期存在的 EDA 软件，但量子计算系统尚未有对应的软件。尽管量子计算社区开始利用和调整一些现有的 EDA 工具，例如设计量子处理器和控制电子设备以驱动量子位，甚至解决一些量子计算设计任务，但他们并没有充分利用过去几十年在设计自动化领域获得的专业知识。当前的中型量子计算机是以“临时”方式设计的，使用了异构方法和工具。随着我们进入大规模时代，进一步采用 EDA 方法和量子计算软件是及时和关键的。在本文中，我们概述了当今全栈量子计算系统的实现方式，并讨论了从当前场景过渡到包含全自动系统范围架构、设计、仿真、验证和测试的综合框架的主要挑战是什么。
设计量子网络协议
第二次量子革命带来了量子互联网的希望。随着第一批量子网络硬件原型接近完成，新的挑战也随之而来。功能网络不仅仅是物理硬件，可扩展量子网络系统的研究还处于起步阶段。在本文中，我们提出了一种量子网络协议，旨在实现端到端量子通信，以应对量子力学带来的新基础和技术挑战。我们开发了一种量子数据平面协议，可实现端到端量子通信，并可作为更复杂服务的构建块。近期量子技术面临的一个关键挑战是退相干——量子信息的逐渐衰减——这对存储时间施加了极其严格的限制。我们的协议旨在应对较短的量子内存寿命。我们使用量子网络模拟器演示了这一点，并表明该协议即使在退相干导致严重损失的情况下也能提供服务。最后，我们得出结论，该协议在当今正在开发的资源极其有限的硬件上仍然有效，强调了这项工作的及时性。