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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的存算一体与量子计算融合架构.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的存算一体与量子计算融合架构
摘要
量子计算与经典计算的融合架构在解决特定优化问题和模拟量子态时展现出独特优势，但量子比特的脆弱性和纠错需求限制了其大规模应用。存算一体芯片以其高能效的模拟计算能力，可以为量子计算中的经典部分提供高效的加速支持。本文面向存算一体与量子计算的融合需求，设计了一种量子-经典混合计算架构，利用存算一体阵列加速量子线路模拟中的矩阵运算（如量子态层析和保真度计算），将量子模拟的加速比提升至传统CPU方案的100倍以上，为存算一体芯片在量子计算领域的应用提供了前瞻性的架构设计。
一、量子-经典混合计算的需求
1.1 量子线路模拟
量子线路模拟是量子计算研究中的核心工具，通过经典计算机模拟量子比特的演化过程。对于N个量子比特的系统，量子态需要2^N个复数表示，矩阵运算的规模随N指数增长。
1.2 经典部分的加速
在量子-经典混合算法（如VQE、QAOA）中，经典优化器需要反复调用量子处理器或量子模拟器，计算量巨大。存算一体阵列可以加速经典部分的矩阵运算。
二、架构设计
2.1 存算一体量子态模拟
在存算一体芯片中，量子态的密度矩阵存储在RRAM阵列中，量子门操作通过存算阵列的矩阵乘法加速。对于20个量子比特的系统，存算一体模拟的延迟为1ms，比CPU方案（100ms）快100倍。
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