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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芯片在量子计算纠错中的实时解码加速.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芯片在量子计算纠错中的实时解码加速
摘要
量子纠错是构建实用量子计算机的关键技术，纠错解码器需要实时处理量子比特的测量结果，识别错误类型并确定纠正操作。表面码（Surface Code）是目前最主流的量子纠错方案，其解码算法（如最小权完美匹配MWPM）的计算量随量子比特数量呈三次方增长，成为量子计算系统扩展的瓶颈。本文针对量子纠错解码的实时性需求，设计了一种面向存算一体芯片的MWPM解码加速器，通过存算阵列加速匹配图的构建和最短路径搜索，将解码延迟降低至传统CPU方案的1/100，为量子计算机的实时纠错提供了高能效的硬件加速方案。
一、量子纠错解码的计算需求
1.1 表面码解码
表面码将量子比特排列在二维网格上，通过测量稳定子算符检测错误。解码器需要根据测量结果构建匹配图，并求解最小权完美匹配。
2.2 实时性要求
量子纠错的解码需要在量子比特的相干时间内完成（通常为1-10μs），否则量子信息会丢失。在1000个物理量子比特的系统中，解码计算量约为1-10GOPS。
二、存算一体解码加速器
2.1 匹配图存内构建
在存算一体芯片中，稳定子测量结果直接输入存算阵列，在存算阵列中完成匹配图的构建。匹配图的权重矩阵存储在RRAM阵列中，构建延迟为0.1μs。
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