QUADRATURE
QUADRATURE ist ein von der EU finanziertes Projekt, das darauf abzielt, einen mutigen Schritt in Richtung der Entwicklung von massiven Post-NISQ-Quantenprozessoren zu machen, indem skalierbare Architekturen mit mehreren Q-Kernen entwickelt werden, die über quantenkohärente Verbindungen innerhalb des Kryogenpakets miteinander verbunden sind.
Projektbeschreibung
Die Vision von QUADRATURE ist die Realisierung von Quantencomputerarchitekturen mit Millionen von Qubits, die in der Lage sind, reale Probleme zu lösen, die mit herkömmlichen Computern nicht bewältigt werden können. Solche Architekturen würden auf einem modularen und skalierbaren Multi-Qcore-Ansatz basieren, der durch ein quantenkohärentes und ein klassisches drahtloses Kommunikationsnetzwerk innerhalb des kryogenen Gehäuses ermöglicht wird. Um diese Vision zu verwirklichen, schlägt QUADRATURE eine vollständig auf HF basierende Lösung für das Problem vor, ein integriertes, skalierbares und agiles Netzwerk aufzubauen, das sowohl die Übertragung von Quantenzuständen als auch von klassischen Daten abdeckt.
Alles auf einen Blick
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Laufzeit
01.06.2023 - 31.05.2027 (Laufend) -
Forschungsbereich
Quantencomputer -
Finanzierung
The European Innovation Council (EIC) mit 3 420 513,75 €
Forschungsziele
- Experimenteller Nachweis der ersten mikrointegrierten, vollständig auf HF basierenden Quantenbit-Zustandsübertragungsverbindung zwischen verschiedenen Qcores.
- Die Übertragung klassischer Daten über drahtlose In-Package-Verbindungen experimentell zu realisieren, die durch integrierte Antennen bei tiefkryogenen Temperaturen ermöglicht werden, die gemeinsam mit Kryo-HF-Transceivern integriert sind.
- Protokolle für ein quantenkohärentes integriertes Netzwerk zu entwickeln, das den Austausch von Qubit-Zuständen durch die Koordination der quantenkohärenten Datenebene und der drahtlosen Steuerungsebene ermöglicht.
- Entwicklung innovativer, skalierbarer architektonischer Methoden wie Mapping-, Scheduling- und Koordinationsansätze über mehrere Qcores hinweg, die eine zugrunde liegende rekonfigurierbare Steuerungsebene nutzen.
- Demonstration der Skalierbarkeit des QUADRATURE-Ansatzes durch transversale, multiskalige Optimierung des Designraums und für eine Reihe von Quantenalgorithmus-Benchmarks.
Projektstruktur
Quantum-Coherent Link
Universität Siegen
Das WP1 widmet sich der Integration von Quantenkommunikationsverbindungen mit quanteninformatischen Funktionen im Mikrowellen- und Millimeterwellenbereich, was eine zentrale Voraussetzung für die Skalierung von Quantencomputerplattformen darstellt. Genauer gesagt werden in diesem Arbeitspaket der Quantenresonatorkanal und dessen monolithische Integration in Qcore-Lösungen modelliert, hergestellt und charakterisiert.
Cryogenic Wireless Link
Im Rahmen von WP2 wird ein tiefkryogener Transceiver für die klassische Kommunikation zwischen Qcores entwickelt, der eng mit der quantenkohärenten Verbindung, der drahtlosen Steuerungsebene und der Quantenarchitektur verzahnt ist. Konkret ist das Ziel der experimentelle Nachweis einer tiefkryogenen (1–4 K) Kurzstreckenkommunikation (~10 cm) unter Verwendung des entwickelten hocheffizienten Transceivers, der mit On-Chip-Millimeterwellenantennen integriert ist.
Communications within Quantum Package
Im Rahmen von WP3 wird die innerhalb des Quantenpakets operierende Quantenkommunikationsebene entwickelt, die durch das enge Zusammenspiel zwischen den quantenkohärenten Verbindungen und den zugehörigen drahtlosen Verbindungen bei kryogenen Temperaturen ermöglicht wird, wobei die Anforderungen der Quantenarchitektur berücksichtigt werden. Zu diesem Zweck werden wir die drahtlosen Kanäle innerhalb des Quantenpakets charakterisieren, einen vollständigen Protokollstapel einschließlich Scheduling und Netzwerkorchestrierung entwickeln und Leistungs- und Effizienzmodelle erstellen, die in die Systemarchitektur und die Algorithmenanalyse integriert werden sollen.
Quantum System Architecture
WP4 konzentriert sich auf die Definition der verteilten Multi-Qcore-Architektur und die Entwicklung entsprechender optimierter Mapping-Lösungen für eine Reihe repräsentativer und relevanter Quantenanwendungen. Im Einzelnen bestehen die Hauptziele darin, eine parametrisierbare und rekonfigurierbare Multi-Qcore-Plattform zu entwerfen, Mapping- und Scheduling-Methoden sowie eine Online-Optimierung der Inter-Qcore-Konnektivität zu entwickeln und eine vollständige Sammlung groß angelegter Quantenalgorithmen zu definieren.
Model-Based Cross-Layer Architecture Simulation and Benchmarking
WP5 zielt darauf ab, das drahtlos vernetzte Doppel-Full-Stack-Quantensystem mithilfe eines modellbasierten Simulationsframeworks für die schichtübergreifende Systemarchitektur zu entwerfen, zu konzipieren und zu bewerten. Insbesondere werden wir optimale Konfigurationen des Doppel-Full-Stacks, Dimensionierungsrichtlinien und Skalierbarkeitstrends ableiten, ein gemeinsames Architektur-Anwendungs-Design der Kommunikations- und Rechenstacks durchführen sowie den Overhead bei der Kommunikation zwischen den Q-Kernen in großen Instanzen des Quantensystems bewerten und unter Belastungstests untersuchen.
Fördermittelgeber
Dieses Projekt wurde im Rahmen des „Horizon Pathfinder“-Programms der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 101099697 finanziell unterstützt.
Partnerprojekt
WiPLASH - Architektur jenseits von Moore: Drahtlose Flexibilität für riesige heterogene Computerarchitekturen.