量子计算机体系结构 | CQCC2024专题论坛

陈建鑫，2005年与2010年于清华大学计算机系分别获得本科与博士学位。主要研究方向包括容错量子计算机的架构设计与系统实现，量子编译框架与量子信息理论，在PRL、NCS、QIP、ASPLOS等顶级期刊与会议上发表论文70余篇。前达摩院量子实验室系统团队负责人，现为清华大学计算机系访问学者，下半年将正式加盟清华大学计算机系。

博士毕业于麻省理工学院，长期致力于超导量子计算研究，聚焦可扩展技术的开发。主要研究兴趣包括：量子操控、噪声与退相干、可扩展架构设计、算法编译等。曾提出一种易扩展的可调耦合架构及高保真度两比特逻辑门操控方案，促成了谷歌的量子霸权实验，该方案现已成为领域内的主流方案之一。

报告主题：超导量子处理器的硬件原生编译策略

摘要：现代信息社会对计算能力的需求日益增加，然而摩尔定律正逐渐接近其物理极限。在这一背景下，量子计算开始受到广泛关注。量子计算机是一种基于量子力学原理的新型计算模式，在某些问题的求解上相较于经典计算机可以实现显著的加速。量子计算机或量子信息处理器的物理实现方案多种多样，其中基于超导电路的量子信息处理器被公认为扩展性最好的方案之一，因此备受关注和采纳。本报告将介绍超导量子信息处理器的基本原理，并通过实际案例探讨编译策略在超导量子处理器中的应用，包括如何优化算法和提升硬件性能。

Dawei Ding博士毕业于美国斯坦福大学应用物理系。读博期间他对反馈通道辅助量子通信和量子混沌理论做出奠基性的贡献。他之后加入阿里巴巴量子实验室，主要研究如何以自下而上的全局观点来优化超导量子计算的物理实现。该研究产出的理论工具被世界领先的硬件团队所使用。在阿里巴巴他也做过其他方面的研究，比如量子门噪声的测量、超导量子比特的物理模拟、量子计算的经典模拟和量子计算架构。

报告主题：量子计算指令集的一种全新视角

摘要：量子计算最终需要在某一个物理平台实现。可是整个领域目前对两个基本问题还没有共识：一个指定物理平台可以支持哪些原生量子操作？我们怎么利用这些原生量子操作来进行计算？在这个报告里，我们将考虑量子计算中最为核心的操作——两比特量子门——有哪些可能的实现选项。我们将基于给定物理平台的两比特哈密顿量，来探索所有可以实现的两比特门并评估它们在算法层面上的编译能力。更具体地，我们将会证明在常见的物理平台上，在常见的CZ/iSWAP/MS门外， 更多的两比特交互均可以在硬件上原生实现，这将重新定义量子计算的范式，也将深刻影响量子编译、量子算法等重要领域。

顾颖飞，清华大学高等研究院研究员。2012年本科毕业于清华大学数理基础科学班，2017年博士毕业于斯坦福大学，后前往哈佛大学和加州理工从事博士后研究，2022年底入职高研院。2023年获达摩院青橙奖。他的主要研究兴趣集中在量子物理领域，特别是量子纠缠在凝聚态物理和量子计算中的关键作用。

报告主题：里德堡原子阵列上的容错量子计算

摘要：里德堡原子阵列作为一个相对后发的量子计算平台近年来发展迅猛。该平台利用原子内态编码量子比特，利用光镊束缚和操控原子，利用里德堡激发进行门操作。本报告将介绍其作为硬件平台的内在物理特性，包括利用原子比特的一致性实现高度并行的门操作、利用可移动光镊实现全联通可重构的结构、以及利用里德堡阻塞效应实现物理层面的多控制门。在报告中，我们将进一步探讨这些物理特性所带来的容错量子计算方案设计上的便利性和特色。

赵汇海，中关村实验室量子软件室研究员。本科和博士分别毕业于北京大学和中国科学院物理研究所。他在超导量子处理器的设计自动化算法、高精度量子器件及其操控方案设计，量子比特退相干理论探索以及相应的优化设计等方面做出了一系列创新性的成果。发表学术论文二十余篇，申请发明专利十余项。他近期主要的研发方向是量子设计自动化算法和软件。

报告主题：面向应用的处理器设计：超导量子设计自动化的可微分编程

摘要：超导量子电路是制造大规模量子处理器最主流的技术路线之一，已经在此平台上实现了多种中等规模量子算法的展示。其在器件形状和控制波形方面灵活的设计自由度，一方面为量子算法运行表现的优化提供了巨大的搜索空间，另一方面也对如何高效优化丰富的设计参数提出了挑战。本报告将介绍我们在超导量子芯片设计自动化方面的研发进展。基于自研的模拟器，我们通过可微分编程，实现了同时对器件和控制的全部设计参数的梯度计算。这使得面向应用的大规模量子处理器的高效设计优化成为可能。

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