东京理科大学开发出可扩展量子处理器

东京理科大学（Tokyo University of Science，TUS）的研究人员开发出一种可扩展的全耦合退火处理器。研究人员利用量子器件创建出模拟自旋行为的退火处理器，并用该处理器来解决复杂的退火工艺优化问题。该量子处理器性能明显优于目前的CPU，并显示出在药物发现、人工智能和材料科学中的应用潜力。

研究人员已经尝试使用量子器件创建模拟自旋行为的退火处理器，并尝试使用大规模集成 (LSI) 技术开发半导体器件，以达到同样的目的。特别是日本东京理科大学 (TUS) 的 Takayuki Kawahara 教授的研究小组在这一特定领域取得了重要突破。

2020 年，川原教授及其同事在 2020 年国际会议上发表了 IEEE SAMI 2020，这是首批完全耦合（即考虑所有可能的自旋-自旋相互作用而不是仅与相邻自旋相互作用）的 LSI 退火处理器之一，包括 512 个完全连接的自旋。他们的工作发表在IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers杂志上。由于需要考虑的自旋之间的连接数量庞大，这些系统是出了名的难以实施和升级。虽然并行使用多个完全连接的芯片是解决可扩展性问题的潜在解决方案，但这使得芯片之间所需的互连（线）数量非常大。

在最近发表在Microprocessors and Microsystems上的一项研究中，Kawahara 教授和他的同事展示了一个巧妙的解决方案来解决这个问题。

他们开发了一种新方法，首先将系统能量状态的计算分配到多个全耦合芯片中，形成“阵列计算器”。第二种类型的芯片，称为“控制芯片”，然后收集其余芯片的结果并计算总能量，用于更新模拟自旋的值。

研究人员使用商业 FPGA 芯片成功地实现了他们的方法，这些芯片是广泛使用的可编程半导体器件。他们构建了一个具有 384 个自旋的全连接退火系统，并用它来解决几个优化问题。最重要的是，这些概念验证实验表明，所提出的方法带来了真正的性能优势。与模拟相同退火系统的标准现代 CPU 相比，在解决最大切割问题时，FPGA 实现速度提高了 584 倍，能源效率提高了 46 倍。

现在，随着他们在 FPGA 中方法的工作原理的成功演示，研究人员计划将其提升到一个新的水平。获 取 更多前沿科技?研究 进展访问：https://byteclicks.com

研究团队希望与公司进行联合研究，将他们的方法带到半导体设计技术的核心，为日本半导体的复兴打开大门。

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