Zynq 助力释放量子计算潜力

在标准计算中，每个数据位只能被存储为 0 或 1。而在量子计算中，亚原子粒子（也被称为量子比特）可以被同时存储为 0 和 1。这种全新的数据位操纵方法，支持以前所未有的方法处理大量数据计算，进而将转变计算的方式。

量子比特类似于经典计算机的 CPU 中的晶体管，但它们的显著不同在于，前者可以执行传统计算机无法执行的计算。这完全是具有革命性意义的重大发展。

总部位于英国剑桥的 Riverlane 公司致力于以前所未有的速度助力量子计算迈向实用化阶段。他们深知，量子计算需要对亚原子粒子（量子比特）进行精确控制，而这些粒子很容易受到非常轻微的环境干扰引致的错误的影响。

为了应对这一挑战，Riverlane 近期将功能强大的 AMD Zynq UltraScale+ RFSoC 自适应计算平台与其量子比特控制产品进行了集成。Zynq 器件集成了用于生成 RF 信号的关键子系统，进而提供了出色的光谱纯度和时延、高 I/O 通道密度以及更低的功耗。

量子计算可以对众多行业产生变革性影响。总部位于英国剑桥的 Riverlane 公司的首席产品官 Leonie Mueck 表示：“即使我们把整个地球变成一台超级计算机，我们也永远无法用它来仿真一种新药在人体内的作用方式，或是一种新型催化剂如何提高工业流程的效率。”

她补充道：“而依托量子计算，比如制药公司就有可能在计算机上设计出一款新药，而无需在实验室中通过耗时费力的试错法来发现它。这将彻底改变市场竞争格局。”

Mueck 表示，量子计算技术也将惠及众多其它行业。“我们与制造喷气发动机、生产用于储存清洁能源的新材料以及许多其它产品的公司开展合作。目前，这仍然是一个规模相对较小的市场，但它拥有巨大的发展潜力。”

然而，要实现量子计算的优势仍然需要克服严峻的技术挑战，例如，量子计算的成功与否，主要取决于它能否对数百万个易受影响的量子比特的性能进行精确控制。为了助力实现这一目标，Riverlane 近期将功能强大的 AMD Zynq UltraScale+ RFSoC 自适应计算平台与其量子比特控制产品进行了集成。

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项目挑战

传统的计算基于数据字节，即一个字节由 8 位二进制数（被称为位）组成。每个字节可以是 256 种可能的位组合中的任意一种，但在任何给定的时间点上，每个位只能是 0 或 1。量子比特也可以表示为 1 和 0 的状态，但与常规比特相比，量子比特能够形成 1 和 0 的组合，并代表“两者之间”的所有状态。这就可以产生全新的算法可能性，据我们所知，大约有 400 种算法能够在经典计算中实现所谓的“量子加速”。

实现所有这些能力的关键在于，能否以非常特殊的方式操纵量子位，使它们保持在叠加态或用它们进行计算。量子比特很容易与其周围环境发生相互作用，而且稍有干扰就会失去其量子特性，这个过程被称为“退相干（decoherence）”。为了应对这种情况，我们需要对其进行非常精确的控制以及快速的操作。

在许多方面，量子计算可谓是一种高端工业控制系统，其负责应用工业控制理论来协调精密仪器，从而提供用于保持量子比特状态的稳定环境。

Mueck 表示：“制造量子比特是一项不可思议的技术壮举。我们可以采用不同的制造方式，例如使用原子、光子或超导谐振器。如果使用原子，我们需要操纵原子的不同状态，以便使量子比特保持在特定状态或执行计算，这一过程具有令人难以想象的挑战。”对于大多数类型的量子比特，在结果变得不可用之前，只能执行约 100次操作。为了使这项技术具有可行性，业界需要将错误率降低到千万分之一以下。相比之下，经典计算中的错误率大约是万亿分之一。

Mueck 表示：“要想制造出错误率更低的量子比特，还有很长的路要走。量子计算机制造商正在大力投资寻找多种不同的方法，来构建更多、更优质的量子比特，但所有这些方法都需要精准的控制，而这正是 Riverlane 的用武之地。”

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解决方案

量子比特可通过对其发射电磁脉冲序列进行控制。根据量子比特的类型，还可以使用激光或其它微波源实现控制。Riverlane 的可定制 Deltaflow.Control™软件解决方案允许量子计算机制造商配置这些序列，对它们进行可视化和仿真，然后以高时序精度将它们应用于量子比特。该软件专为大规模操作而设计，因此我们可以控制数千甚至数百万个量子比特，这将是量子计算迈向实用化的重要条件。

Mueck 表示：“为了控制量子比特，我们依靠 AMD 非常快速且精确的技术来生成高精度、高速脉冲序列。Zynq UltaScale+ RFSoC 器件可作为控制软件与发射到量子比特的激光之间的接口。”

Mueck 补充道，Zynq UltraScale+ 系列器件“集成了用于生成 RF 信号的关键子系统，进而提供了出色的光谱纯度和时延、高 I/O 通道密度以及更低的功耗，所有这些都对我们控制量子比特的能力起到了积极作用，并将最终影响量子计算机的性能。”

Deltaflow.OS™是一款面向量子计算机的操作系统，它可以从许多不稳定的物理量子比特中创建无错误的逻辑量子比特，其中的关键元素 Deltaflow.Control 可用于支持构建大规模应用。除了量子比特控制外，Deltaflow.OS 还包括众多元素，比如用于检测能够影响量子比特的错误的解码器、用于协调控制系统操作的运行时元素，以及用于管理配置和优化性能的解码器和系统工具。

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设计成效

Mueck 表示：“在自然界和物理学中，量子世界看起来神秘莫测。虽然想要弄清楚它的所有原理十分复杂，但量子计算的潜在优势毋庸置疑。”

她补充道：“业界尚未充分发挥量子技术的优势，目前的情况是，凭借量子技术，以前用传统计算方法无法解决的问题可以迎刃而解。我们无法知晓量子技术实用化的拐点何时到来，但业界一直在不断发展前行。”

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