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QCCS 시스템 제어

취리히인스트루먼트의 QCCS는 모듈식 시스템 제어 접근 방식을 따릅니다. 즉, 셋업 크기와 qubit 기술에 따라 서로 다른 계측기를 단일 시스템으로 결합하고 제어할 수 있습니다. QCCS 내의 구성 요소의 유형 및 개수는, 하나의 소프트웨어 인터페이스를 통해 단일 시스템으로 동기화 및 제어되는 동안, 변화하는 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 이 접근 방식은 설정 복잡성과 제어 노력을 줄여, 사용자가 개별 하드웨어 설정의 구현, 시스템 보정 및 프로그래밍 시간을 줄일 수 있으므로, 양자 컴퓨팅 연구에 집중할 수 있도록 합니다. 이러한 시스템 제어 접근 방식의 또 다른 중요한 이점은 제어 소프트웨어 내에서 작업을 병렬화하고 대기열에 넣어, 사용 중인 양자 디바이스의 가동 시간을 극대화하는 기능입니다.

QCCS를 통해, 가능해집니다.

  • 회로 레벨 및 게이트 레벨 소프트웨어 개발 키트(SDK)에서 시작하여, 양자 컴퓨터를 응용 소프트웨어에 도킹하여 원격 컴퓨터, 연구 시설의 로컬 네트워크 및 클라우드에서 사용할 수 있도록 하는 경로를 갖춥니다.
  • 오류 수정 프로토콜, 표면 코드 또는 무작위 벤치마킹과 같은 개별 양자 정보 처리 실험에 펄스 수준 및 샘플 수준 액세스를 사용합니다.

두 가지 접근 방식은 모두 LabOne QCCS 소프트웨어 아키텍처에서 지원되며,이를 통해 신속한 불러오기, 빈번한 보정 및 사용자지정이 가능합니다.

Zurich Instruments QCCS Quantum Computing Control System Rack

전체 양자 스택

퀀텀 스택(stack)은 하드웨어와 소프트웨어를 하나의 모델로 결합합니다. 양자 컴퓨터의 사용자는 이 스택에 대해 서로 다른 진입점을 가집니다. 양자 화학자의 진입 수준은 맨 위에 있을 가능성이 가장 높습니다. 이론 물리학자는 양자 컴파일러와 조립자의 코드에 더 관심을 가질 수 있습니다. 반면에 실험 물리학자는 이러한 알고리즘이 하드웨어에 어떻게 영향을 미치는지, 그리고 결과가 사용자에게 어떻게 처리되는지 알고 싶어할 수 있습니다. 퀀텀 스택 내의 하드웨어 설정, 타이밍 및 데이터의 정보 흐름은 동시성과 병렬성을 보장하고 스택의 각 진입점에서 올바른 정보를 제공하는 이상적인 사용자 환경을 보장하도록 세심하게 구성 및 제어되어야 합니다.

Zurich Instruments QCCS Full Quantum Stack

시스템 구조

Zurich Instruments QCCS System Architecture

Quantum Computing Control System (QCCS)은 Zurich Instruments의 소프트웨어와 하드웨어를 하나의 시스템으로 결합하여, 하이레벨 양자 알고리즘을 물리적 시스템의 아날로그 신호와 효율적으로 연결합니다. QCCS는 다음으로 구성됩니다.

소프트웨어 구조

취리히인스트루먼트 QCCS 소프트웨어는 사용자가 기본 추상화 계층 (base abstraction layer)으로 펄스 레벨 액세스와 시스템 전체에 대한 진입점을 제공합니다. 펄스 레벨 추상화(Pulse-level abstraction)를 사용하면 실시간 및 가까운 시간에 파라메트릭 제어, 동적 펄스 업데이트 및 더 높은 수준의 사용자 정의 펄스 라이브러리로 콜백할 수 있습니다. 단일 양자 게이트와 전체 양자 회로는 개별 사용자 정의 펄스와 최적화된 펄스의 조합으로 템플릿으로 표현할 수 있으며, 복수의 양자 정보 처리 실험에 재사용할 수 있습니다.

양자 정보 처리 실험은 QCCS 소프트웨어 인터페이스에서 Python의 DSL (domain specific language) 또는 JSON (language-independent data format)으로 직접 표현할 수 있습니다. QCCS 소프트웨어 인터페이스는 Python과 JSON으로 선언적 형식을 갖추고 있습니다. 이는 취리히 인스트루먼트와 고객 소프트웨어를 명확히 구분하는 데 필수적인 형식이 아닙니다. 따라서 디버깅이 용이해집니다. QCCS 소프트웨어 백엔드는 개별 취리히인스트루먼트 제품 및 타사 장치의 프로그래밍 및 동기화, 실험 실행 및 측정 결과 검색을 담당합니다.

취리히인스트루먼트 양자 컴퓨팅 제어 전자 장치를 통한 게이트 레벨 제어, 빠른 실행 및 캘리브레이션 실험으로의 전환은, Python Jupyter notebooks과 JSON schemata의 다양한 예제를 통해 가능해집니다.

Zurich Instruments QCCS Software Architecture

다른 양자 프레임워크와의 인터페이스

다른 양자 프레임워크와의 인터페이스는 양자 컴퓨터의 잠재력을 최대한 실현하는 데 매우 중요합니다. 취리히인스트루먼트는 이러한 연결을 최대한 지원하기 위해 노력하고 있습니다. 취리히인스트루먼트의 QCCS 소프트웨어의 펄스 레벨 인터페이스는 하드웨어 세부 정보를 제한하면서도, 필요한 경우 샘플별 제어를 허용하기 때문에 애플리케이션별 프런트엔드를 구현할 수 있는 완벽한 인터페이스입니다. 광범위한 문서, 코드 설계 및 예제를 통해 사용자는 다른 소프트웨어에 대한 전용 링크를 쉽게 정의할 수 있습니다.

Qiskit, QCoDeS 및 PycQED는 오늘날 사용 가능한 양자 프레임 워크 세트의 증가하는 예입니다. QCCS 소프트웨어 인터페이스를 통해, 사용자는 양자 회로의 코딩, 최적화 및 시각화를 위한 풍부한 도구 세트를 직접 활용할 수 있습니다. 이는 양자 및 고전적 하드웨어에서 워크 플로우를 지원하고 결과, 기기 설정, 환경 매개 변수 및 알고리즘을 데이터베이스에 기록 할 수 있습니다.

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