摘要：量子计算有望带来革命性的能力，但构建具有足够量子比特的系统并保持其可靠性却面临着巨大的挑战。南佛罗里达大学的杜泽凡、Pedro Chumpitaz Flores、魏文琪及其同事通过研究如何连接多个量子处理器（一种称为分布式量子计算的技术）来解决这个问题。他们的

量子计算有望带来革命性的能力，但构建具有足够量子比特的系统并保持其可靠性却面临着巨大的挑战。南佛罗里达大学的杜泽凡、Pedro Chumpitaz Flores、魏文琪及其同事通过研究如何连接多个量子处理器（一种称为分布式量子计算的技术）来解决这个问题。他们的工作引入了InterPlace，这是一个全新的框架，可以智能地管理这些处理器之间的连接，从而优化量子信息在系统中的流动方式。通过仔细分析噪声和错误率，InterPlace可以指导复杂计算的划分和量子比特的映射，从而显著减少错误并提高整体性能。在真实的量子硬件上测试时，保真度提高了53.0%，所需操作减少了33.3%。这一进步代表着朝着构建更大、更可靠、最终更强大的量子计算机迈出了关键一步。

连接量子模块以实现可扩展性

本研究探索了模块化量子计算的发展，这是一种构建更大、更强大的量子计算机的有前景的方法。随着实际应用所需的量子比特数量的增加，由于布线、控制复杂性和维持量子比特相干性的物理限制，构建单个量子处理单元变得越来越具有挑战性。模块化通过连接多个较小的量子处理单元 (QPU) 提供了一种解决方案，从而实现并行开发并简化制造。模块化量子计算的关键挑战包括在量子处理单元之间建立高保真通信、管理复杂的控制和校准过程，以及在分布式系统中实施有效的纠错方案。

研究人员正在研究各种互连技术，包括超导电缆、光子链路和腔介导耦合，重点是最大限度地减少通信延迟并在传输过程中保持量子比特的相干性。当前的研究重点是开发全对全可重构路由器、高效量子比特分配和调度算法，以及用于控制和数据处理的混合量子-经典系统。科学家们还在探索专为分布式量子系统设计的鲁棒误差缓解和校正技术，以及不同的网络拓扑和模块设计。目前正在开发软件工具来简化这些模块化系统的编程和控制，其中量子态保真度是评估性能的关键指标。

分布式量子系统的硬件感知优化

研究人员开发了 InterPlace，这是一个旨在优化分布式量子计算系统的全新框架。这项工作通过联合优化芯片间耦合器布局和系统级通信，解决了当前系统的局限性，弥合了物理可行性与逻辑效率之间的差距。InterPlace 基于对量子比特噪声和错误率的详细分析，构建了一个虚拟系统拓扑，用于指导电路分区和分布式量子比特映射，以最大限度地降低通信开销并提高保真度。该框架利用详细的物理量子比特信息，包括弛豫时间、失相时间、单量子比特门错误率、双量子比特门错误率、读出错误概率和串扰，来精确模拟系统性能。

科学家们使用 Python/Qiskit 实现了 InterPlace，并使用最先进的编译器对其进行了严格的评估，结果表明，SWAP 开销和芯片间操作均得到了持续降低。在各种工作负载和系统配置下进行的广泛测试表明，保真度提高了 53.0%，片上 SWAP 开销和芯片间操作的总开销降低了 33.3%，证明了该方法的可扩展性和有效性。

InterPlace 提升分布式量子系统的保真度

科学家们开发了InterPlace，这是一种利用多个互连芯片的分布式量子计算系统的新型框架。这项工作解决了这些复杂架构中对高效电路划分和量子比特映射的关键需求，显著提高了保真度并降低了运算开销。严格的测试表明，整体系统保真度显著提高了53.0%。实验表明，InterPlace有效地减少了对SWAP操作的需求，将片上SWAP和芯片间操作的总次数减少了多达33次。

3%。操作复杂度的降低直接转化为性能和可扩展性的提升，这对于处理更大、更复杂的量子算法至关重要。该框架通过分析单个量子比特的噪声和错误率来运行，构建一个虚拟系统拓扑，以指导量子电路的划分和跨多个芯片的量子比特映射。

InterPlace 优化模块化量子系统性能

InterPlace 是一种用于优化模块化量子系统中芯片间连接的新型框架，它显著提高了量子处理器的可扩展性和保真度。研究人员通过开发一个系统来实现这一目标，该系统通过分析量子比特特性来构建虚拟拓扑，指导电路划分和量子比特映射，从而最大限度地减少通信开销并提升性能。对同构和异构多芯片系统的评估表明，InterPlace 有效减少了 SWAP 操作和芯片间通信的次数，与传统方法相比，保真度提高了高达 53.0%。该团队的工作代表着朝着构建实用的大规模量子计算机迈出了重要一步，因为它弥合了物理约束和逻辑效率之间的差距。虽然该框架需要预处理时间来确定最佳的芯片间连接，但这种计算在设计阶段就已完成，从而为所有未来的工作负载和编译器带来持久的性能优势。

来源：阳阳聊科学