本申請涉及量子信息，具體而言，涉及一種原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、原子量子比特的計算需要精確的電子學(xué)控制系統(tǒng)以及高效的處理反饋能力。這種反饋能力具體涉及數(shù)據(jù)傳輸效率、數(shù)據(jù)的實時性、數(shù)據(jù)處理能力和動態(tài)調(diào)整能力。

2、目前，出現(xiàn)了一些可以通過現(xiàn)場可編程門陣列（field-programmable?gatearray，fpga）解決中性原子量子計算過程中特定問題的方案，如采集科學(xué)相機(jī)圖像，執(zhí)行圖像識別、排序算法等任務(wù)，并生成射頻驅(qū)動聲光偏轉(zhuǎn)器（acousto-optic?deflector，aod）對原子排序。

3、但是，針對原子量子比特實驗中特定環(huán)節(jié)設(shè)計的原子量子計算的電子學(xué)控制系統(tǒng)，無法勝任完整的實驗流程。例如，具備容錯設(shè)計的原子量子計算實驗設(shè)計，要求可以靈活調(diào)度射頻、模擬、數(shù)字接口等外設(shè)資源。又例如，通過原子量子比特來在線處理圖像數(shù)據(jù)，基于處理結(jié)果生成決策并執(zhí)行決策的試驗設(shè)計，僅具備特定環(huán)節(jié)做優(yōu)化，仍然無法滿足全流程實驗的要求。

4、背景技術(shù)的部分的內(nèi)容僅僅是公開人所知曉的技術(shù)，并不當(dāng)然代表本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請旨在提供一種原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)及控制方法，以解決上述無法滿足全流程試驗要求的技術(shù)問題。

2、根據(jù)本申請的一方面的實施例，本申請?zhí)峁┝艘环N原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)。異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)包括控制核心模塊、資源調(diào)度模塊和信號生成模塊?？刂坪诵哪K響應(yīng)于用戶指令，確定原子量子比特的計算任務(wù)，控制核心模塊根據(jù)計算任務(wù)，確定配置指令集、調(diào)度指令和控制指令，控制核心模塊根據(jù)配置指令集，配置資源調(diào)度模塊、信號生成模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；資源調(diào)度模塊根據(jù)調(diào)度指令，調(diào)用計算任務(wù)的處理器；信號生成模塊根據(jù)控制指令，確定計算任務(wù)的信號生成指令，以使得處理器完成計算任務(wù)。

3、根據(jù)本申請的一些實施例，處理器包括中央處理器、圖形處理單元和現(xiàn)場可編程門陣列；資源調(diào)度模塊還根據(jù)調(diào)度指令，調(diào)用中央處理器、圖形處理單元和現(xiàn)場可編程門陣列中的至少一個。

4、根據(jù)本申請的一些實施例，異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理模塊；控制核心模塊根據(jù)配置指令集，配置數(shù)據(jù)處理模塊；信號生成模塊根據(jù)控制指令，確定計算任務(wù)的信號生成指令；信號生成模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和控制核心模塊至少一次執(zhí)行反饋控制指令確定步驟，包括：數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)信號生成指令，執(zhí)行原子冷卻并采集第一原子熒光圖像；數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)第一原子熒光圖形，確定原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)；信號生成模塊根據(jù)信號生成指令，確定并執(zhí)行原子量子比特的量子門操控；在執(zhí)行量子門操控之后，數(shù)據(jù)處理模塊采集第二原子熒光圖像；數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)第二原子熒光圖像，確定原子量子比特的量子態(tài)數(shù)據(jù)；控制核心模塊還根據(jù)原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)，確定反饋控制指令，以使得處理器完成計算任務(wù)。

5、根據(jù)本申請的一些實施例，控制核心模塊還根據(jù)預(yù)設(shè)原子排序策略和原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)，生成反饋控制指令。

6、根據(jù)本申請的一些實施例，異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)還包括量子誤差糾錯模塊；控制核心模塊根據(jù)配置指令集，配置量子誤差糾錯模塊；量子誤差糾錯模塊根據(jù)原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)和原子量子比特的量子態(tài)數(shù)據(jù)，生成糾錯控制指令。

7、根據(jù)本申請的一方面的實施例，本申請?zhí)峁┝艘环N原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)的控制方法?？刂品椒òǎ喉憫?yīng)于用戶指令，確定原子量子比特的計算任務(wù)；根據(jù)計算任務(wù)，生成配置指令集、調(diào)度指令和控制指令；根據(jù)配置指令集，配置異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)；根據(jù)調(diào)度指令，調(diào)用執(zhí)行計算任務(wù)的處理器；根據(jù)控制指令，生成計算任務(wù)的信號生成指令，以使得處理器完成計算任務(wù)。

8、根據(jù)本申請的一些實施例，處理器包括中央處理器、圖形處理單元和現(xiàn)場可編程門陣列；上述根據(jù)調(diào)度指令，調(diào)用執(zhí)行計算任務(wù)的處理器的步驟可以包括：根據(jù)調(diào)度指令，調(diào)用中央處理器、圖形處理單元和現(xiàn)場可編程門陣列中的至少一個。

9、根據(jù)本申請的一些實施例，上述根據(jù)控制指令，生成計算任務(wù)的信號生成指令，以使得處理器完成計算任務(wù)的步驟包括：根據(jù)控制指令，確定計算任務(wù)的信號生成指令；至少一次執(zhí)行反饋控制指令確定步驟。上述反饋控制指令確定步驟包括：根據(jù)信號生成指令，執(zhí)行原子冷卻并采集第一原子熒光圖像；根據(jù)第一原子熒光圖形，確定原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)信號生成指令，確定并執(zhí)行原子量子比特的量子門操控；在執(zhí)行量子門操控之后，采集第二原子熒光圖像；根據(jù)第二原子熒光圖像，確定原子量子比特的量子態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)，確定反饋控制指令，以使得處理器完成計算任務(wù)。

10、根據(jù)本申請的一些實施例，上述根據(jù)原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)，確定反饋控制指令的步驟可以包括：根據(jù)預(yù)設(shè)原子排序策略和原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)，生成反饋控制指令。

11、根據(jù)本申請的一些實施例，在上述至少一次執(zhí)行反饋控制指令確定步驟之后，控制方法還包括：根據(jù)原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)和原子量子比特的量子態(tài)數(shù)據(jù)，生成糾錯控制指令。

12、根據(jù)本申請的一方面的實施例，本申請還提供了一種非易失性計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時能夠?qū)崿F(xiàn)如上文所述的原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)的控制方法。

13、根據(jù)本申請的一方面的實施例，本申請還提供了一種電子設(shè)備，包括：一個或多個處理器；存儲裝置，用于存儲一個或多個程序，當(dāng)一個或多個程序被一個或多個處理器執(zhí)行時，使得一個或多個處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)如上文所述的原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)的控制方法。

14、根據(jù)本申請的一方面的實施例，本申請還提供了一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，包括：存儲在計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)上的計算機(jī)程序；計算機(jī)程序包括程序指令，當(dāng)程序指令被計算機(jī)執(zhí)行時，使計算機(jī)執(zhí)行如上文所述的原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)的控制方法。

15、有益效果

16、本申請可以通過集成cpu、gpu、fpga，構(gòu)建多層次的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)。本申請通過異構(gòu)架構(gòu)有效整合多元計算資源，實現(xiàn)對計算任務(wù)過程中的精確調(diào)度。本申請可以通過各模塊間的協(xié)同工作，確保計算任務(wù)執(zhí)行高效且靈活。本申請可以通過配置指令集、控制指令和反饋控制指令，實現(xiàn)動態(tài)資源調(diào)度機(jī)制，從而實現(xiàn)了針對不同任務(wù)的硬件資源優(yōu)化分配，支持多任務(wù)并行處理并提供高效的操作支持，顯著提升了系統(tǒng)靈活性。

技術(shù)特征：

1.一種原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)包括控制核心模塊、資源調(diào)度模塊和信號生成模塊；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器包括中央處理器、圖形處理單元和現(xiàn)場可編程門陣列；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)處理模塊；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制核心模塊還根據(jù)預(yù)設(shè)原子排序策略和所述原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)，生成所述反饋控制指令。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)還包括量子誤差糾錯模塊；

6.一種原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法由權(quán)利要求1-5任一所述的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)所執(zhí)行，所述控制方法包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述處理器包括中央處理器、圖形處理單元和現(xiàn)場可編程門陣列；

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述控制指令，生成所述計算任務(wù)的信號生成指令，以使得所述處理器完成所述計算任務(wù)，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根據(jù)所述原子量子比特的存在狀態(tài)數(shù)據(jù)，確定反饋控制指令，包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述至少一次執(zhí)行反饋控制指令確定步驟之后，所述控制方法還包括：

技術(shù)總結(jié)
一種原子量子計算控制的異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)及控制方法，涉及量子信息技術(shù)領(lǐng)域。異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)包括控制核心模塊、資源調(diào)度模塊、信號生成模塊?？刂坪诵哪K確定原子量子比特的計算任務(wù)，控制核心模塊確定配置指令集、調(diào)度指令和控制指令，控制核心模塊配置資源調(diào)度模塊和信號生成模塊；資源調(diào)度模塊調(diào)用計算任務(wù)的處理器；信號生成模塊確定計算任務(wù)的信號生成指令，以使得處理器完成計算任務(wù)。該異構(gòu)架構(gòu)電子學(xué)控制系統(tǒng)可以整合多元計算資源，實現(xiàn)對計算任務(wù)過程中的精確調(diào)度。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇曉祿,趙正然,羅小琴,鄒奕權(quán)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京量子信息科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15