有三个级别可以应用容错功能 - 硬件、软件和系统(用户界面)。所有三个级别都容易受到设计、实施或维护错误的影响 - 人为错误以硬件、代码或用户界面中的故障形式存在,并体现在系统行为中。硬件在这三个级别中是独一无二的,因为它容易“磨损”和损坏。传统的容错可以补偿计算资源(硬件)中的故障。通过管理额外的硬件资源,计算机子系统可以提高其持续运行的能力。确保硬件容错的措施包括冗余通信、复制处理器、额外内存和冗余电源/能源供应。这种冗余的管理通常涉及软件的使用。硬件容错在计算机发展的早期尤为重要,当时机器故障间隔时间以分钟为单位。
量子计算承诺针对一类重要问题的指数加速。量子计算机已经证明了数十个Qubit的量子计算机,并且预计未来几年的量子计数预计将跨越一百。量子计算是一个跨学科领域到错误校正代码(表面代码或shor代码)到系统和体系结构(内存/微观结构)到编译器和工具(仿真和编程),算法和应用程序。本课程的目的是为CS和ECE的学生提供量子计算的基本背景,并为他们提供编写代码并在实际量子计算机上优化量子程序的技能。本课程将更多地关注量子计算的“计算”方面,并将涵盖量子计算的架构,编译器和应用程序的近期(NISQ计算模型)和长期(容错的量子计算)。
为了使量子计算机成功地解决现实世界中的问题,有必要应对噪声的挑战:由于不需要或不完善的相互作用而导致的基本物理组件中发生的错误。量子容错的理论可以长期提供答案,但是在即将到来的嘈杂的中间尺度量子机的时代,人们必须寻求减轻错误而不是完全消除错误。本评论调查了已提出的用于减轻量子错误的多种方法,评估其原理效力,并描述了迄今为止获得的硬件演示。确定了这些方法之间的共同点和局限性,同时提到如何根据存在的主要噪声类型(包括算法误差)选择缓解方法。确定了该领域的开放问题,并讨论了基于缓解的设备的前景,这些设备可能会对科学和业务产生影响。
本研究提出了一个创新的框架,用于使用人工智能(AI)和机器学习(ML)实施实时耐受耐受性系统,以增强关键应用程序中的可靠性和弹性。满足航空航天,医疗保健,汽车和工业自动化等部门的需求,拟议的系统将故障检测,隔离和恢复机制集成到多层体系结构中。通过使用深度学习来准确的异常检测和加强学习进行快速断层隔离,该系统可以通过最小的潜伏度实现高容错的耐受性。该框架利用边缘计算进行实时数据处理,确保及时响应故障而没有过多的计算需求。多个案例研究的结果表明,故障检测准确性,隔离速度和恢复率的显着提高,从而确认了该框架在高风险环境中的适应性和有效性。这些发现突出了易于驱动故障的系统来提高各种关键行业的运营安全和可靠性标准的潜力。
已准备就绪,例如感应,通信和信息处理。可以通过光纤网络在局部量子节点之间分配信息,在局部量子节点之间分配信息,可以通过在局部量子节点之间分配信息来实现。 最近还开发了按需光子生成,存储,开关和多路复用的方案,并承诺要克服对高带宽,低损耗和容错的需求所带来的一些挑战。 然而,在实现量子网络组件和光纤之间的无缝,低损坏,无对齐的集成方面仍然存在重大挑战。 没有一个单个波长可以满足所有Quantum网络功能的需求 - 当前的光子源,量子记忆,光学开关,量子过程,并且探测器涵盖了整个近距离范围至中等范围。 以前的尝试重点是将片上体系结构和原子结构与锥形纳米纤维的evaneScent田进行集成,或者通过光栅耦合器,边缘耦合器和沟渠整合。 甚至已经证明,可以通过将这些方案与纤维内腔整合在一起来增强这些方案。 但是,这些系统中自由空间激光组件的可伸缩性仍然是一个问题。 微结构光纤为克服其中的一些挑战提供了有希望的途径。 与常规的光纤不同,其中光在Sil- 中引导。最近还开发了按需光子生成,存储,开关和多路复用的方案,并承诺要克服对高带宽,低损耗和容错的需求所带来的一些挑战。然而,在实现量子网络组件和光纤之间的无缝,低损坏,无对齐的集成方面仍然存在重大挑战。没有一个单个波长可以满足所有Quantum网络功能的需求 - 当前的光子源,量子记忆,光学开关,量子过程,并且探测器涵盖了整个近距离范围至中等范围。以前的尝试重点是将片上体系结构和原子结构与锥形纳米纤维的evaneScent田进行集成,或者通过光栅耦合器,边缘耦合器和沟渠整合。甚至已经证明,可以通过将这些方案与纤维内腔整合在一起来增强这些方案。但是,这些系统中自由空间激光组件的可伸缩性仍然是一个问题。微结构光纤为克服其中的一些挑战提供了有希望的途径。与常规的光纤不同,其中光在Sil-
在电动汽车(EV)存储系统中,通常会串联连接大量电池电池,以增强电机驾驶的输出电压。电化学特征的差异将导致电荷(SOC)和不同细胞之间的末端电压失衡。在本文中,提出了涉及电池能量管理和电动机驱动器的混合级联多级转换器。在拟议的拓扑结构中,可以控制每个电池电池以连接到电路中,也可以被半桥转换器绕过。所有半桥都级联以输出楼梯形状直流电压。然后,使用H桥转换器来更改DC总线电压的方向以组成AC电压。转换器的输出是多级电压,谐波较少,DV/DT较低,这有助于提高电动机驱动器的性能。通过单独控制每个单元的SOC,可以改善电池的能量利用率。也可以避免端子电压和SOC的不平衡,可以通过模块化的级联电路轻松实现容错的距离,因此电池堆栈的寿命将延长。模拟以验证提出的转换器的性能。
静态冗余分配不适用于在可变和动态环境中运行的硬实时系统(例如雷达跟踪、航空电子设备)。自适应容错 (AFT) 可以在时间和资源约束下确保关键模块具有足够的可靠性,方法是将尽可能多的冗余分配给不太重要的模块,从而优雅地减少它们的资源需求。在本文中,我们提出了一种支持实时系统中自适应容错的机制。通过为动态到达的计算选择合适的冗余策略来实现自适应,以确保所需的可靠性并最大限度地发挥容错潜力,同时确保满足最后期限。使用模拟 AWACS 预警机中雷达跟踪软件的实际工作负载来评估所提出的方法。结果表明,在满足时间约束的任务方面,我们的技术优于静态容错策略。此外,我们表明,这种以时间为中心的性能指标的增益不会将执行任务的容错性降低到预定义的最低水平以下。总体而言,评估表明,所提出的想法产生了一个在容错维度上动态提供 QOS 保证的系统。
计算是一个机械过程。计算机通过操纵物理系统编码位的处理信息,而量子计算机操纵量子机械系统中的编码。此过程非常细腻且容易出错,因此我们必须开发容忍度的计算协议,以使量子计算机有用。量子误差校正代码提供了一种在软件级别开发容错的手段。本课程将探索拓扑量子计算(TQC),作为在硬件级别上实现故障容忍度的一种手段,通过将信息纳入物质的拓扑阶段,这些信息本质地保护了局部变形和相互作用。TQC承诺可扩展的量子计算,它在物理,工程和数学方面的尖端研究的十字路口。本课程将介绍数学机械建模TQC。主要参与者是任何人,辫子和类别:辫子的人,它们是仅在二维系统中存在的某些准粒子,导致单一状态转换在编码量子上实现逻辑上的门。Anyons的数学理论既不是玻色子也不是福音,因为单一模块化张量类别中的简单对象非常有趣,并且本课程将从始终开始发展。
在传统的控制室中,提供控制输入的主要方式是通过具有固定功能的硬接线、空间专用控制设备。然而,在以基于计算机的技术为特色的人机界面中,操作员可以通过“软”控制进行交互 - 即通过软件而不是直接物理连接与控制和显示系统连接的设备。软控制可以具有可变的和上下文相关的功能,而不是静态定义的功能。例如,特定操作可能会根据控制设备当前的活动模式产生不同的结果。此外,设备位置可能是虚拟的,而不是空间专用的。也就是说,人员可能能够从显示系统内的多个位置访问特定的软控制。这些特性为操作员错误提供了新的机会,并可能影响操作员在时间关键任务期间的响应。本研究的目的是为软控制系统制定人为因素审查指南。使用了一种开发技术有效指南的方法。为了支持这一目标,我们开发了一个表征框架来描述软控制系统的关键设计特征,包括:显示设备、输入设备和交互方法。然后,我们研究了以下领域的研究:(1)软控制使用中的人为错误,(2)容错的一般设计方法,以及(3)人为表现的考虑
