微美開發了基於FPGA的同質和異質數字量子協處理器

2025年1月7日北京訊/新華社/ -- 微美全息雲公司 (納斯達克: WiMi) ("WiMi" 或"公司")，一家領先的全球全息增強現實 ("AR") 科技提供商，今天宣佈，開發團隊利用FPGA的靈活性和可編程性，提出了一種創新解決方案: 基於FPGA的數字量子運算事件。該解決方案旨在克服現有量子硬件的侷限性，並推動量子計算技術的發展。

微美基於均勻和異構FPGAs結構的數字量子協處理器技術基於主要兩種協處理器結構。均勻和異構是用來描述協處理器架構的兩個關鍵術語。均勻的協處理器是指所有量子位（qubits）以相同方式進行處理和計算的系統，而異構的協處理器允許不同類型的量子位或處理單元以不同方式共同工作。傳統量子加速器通常基於物理實現，如超導量子位或離子阱。儘管這些技術在量子計算領域取得了進展，但存在與可擴展性和穩定性相關的挑戰。相比之下，微美的數字量子協處理器利用FPGAs的數字邏輯來模擬量子位的行爲，提供了一種旨在提高系統穩定性和可擴展性的新方法。

微美基於FPGA的數字量子協處理器架構是實現量子計算功能的核心。該架構利用FPGAs的可編程特性來模擬量子位的行爲，包括疊加態和量子糾纏。該架構需要精心設計，以確保量子算法能夠在數字環境中有效運行。

在同質架構中，每個量子比特都遵循相同的設計規範和操作流程。這意味着所有量子比特使用相同的硬件資源和軟件邏輯。這種設計簡化了系統的複雜性，使得管理和擴展量子比特更加容易。同質架構通常使用一套統一的量子門集，如Hadamard門和CNOT門，來實現量子算法。

與同質架構相反，異質架構允許不同類型的量子比特或處理單元共存，以滿足各種計算需求。這可能包括使用不同的量子門集、量子糾錯代碼或量子算法的優化。異質架構的設計更加靈活，但也引入了更高的設計和調試複雜性。

在微美全息基於FPGA的數字量子協處理器技術中，IP核發生器是設計數字量子協處理器的關鍵工具。它允許開發人員創建可重用的模塊化量子計算元素，可以集成到FPGA中。IP核發生器的開發涉及對量子算法的深入理解和對FPGA資源的高效利用。VHDL用於編寫量子比特和量子門的邏輯描述。通過VHDL，開發人員可以精確控制FPGA的硬件行爲，實現複雜的量子計算任務的實施。

量子程序的執行流程包括量子算法的編碼、量子比特的初始化、量子門的運行以及最終測量和輸出結果。在FPGA上實施這個過程需要精確的定時同步和資源管理。數字量子比特的模擬涉及量子疊加態和量子糾纏的數字表示。這需要使用概率模型來處理量子測量結果，並實現量子算法固有的隨機性。

WiMi基於FPGA的數字量子協處理器技術通過將量子位的狀態和行爲轉換爲數字信號和邏輯操作來數字化量子比特。這類似於精簡指令集計算（RISC）處理器的流水線設計，都強調並行處理和資源優化。

基於FPGA的數字量子協處理器架構爲實現量子計算功能提供了一種新的方法。通過精心設計同質和異質架構，並利用諸如IP核生成器和VHDL等工具，可以實現高效穩定的量子計算解決方案。

WiMi的同質和異質數字量子協處理器代表着一項創新技術，爲量子計算領域注入新活力。通過利用FPGA的靈活性和可編程性，這項技術不僅增強了量子計算的穩定性和可擴展性，而且爲實現量子算法提供了一種新方法。同質和異質架構的設計各有優勢，爲不同應用場景提供了定製化解決方案。雖然仍存在挑戰，但這些挑戰也爲量子計算技術的發展帶來新機遇。

WiMi開發這項技術不僅將推動科學研究的進步，還將對社會和經濟產生深遠影響。量子計算應用的商業化將爲各行業帶來革命性變革，提高生產力並解決傳統計算機難以應對的問題。WiMi將繼續在量子計算領域探索和創新，不斷優化並完善基於FPGA的數字量子協處理器技術。隨着技術的成熟和應用的拓展，量子計算有望引領新的計算時代，爲人類社會的發展做出重要貢獻。