量子計算機利用量子疊加性和量子糾纏性可實現(xiàn)并行計算,具有超強的計算速度,量子計算機接口設(shè)計成為量子計算機能夠應(yīng)用的關(guān)鍵。本文就此問題,在介紹了量子力學(xué)、量子比特和超導(dǎo)量子比特的基礎(chǔ)知識之上,探索了量子處理器件的基本編程方法,設(shè)計了量子處理器（quantum processing unit）與CPU之間的轉(zhuǎn)換方案,并采用EDA工具對這一設(shè)計仿真,結(jié)果表明,本方案能夠較好地實現(xiàn)量子處理器和CPU的數(shù)據(jù)傳輸能力,可以完成量子計算、CPU控制系統(tǒng)的任務(wù)。在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上,研究了由超導(dǎo)Josephson結(jié)構(gòu)成的三種基本的超導(dǎo)量子比特的基本原理,并對三種超導(dǎo)量子比特的優(yōu)劣勢進(jìn)行對比,在其基礎(chǔ)上設(shè)計了由多個超導(dǎo)量子比特構(gòu)成的超導(dǎo)量子位器件,詳述了量子處理器的工作原理、量子位的實現(xiàn)、量子比特間的耦合和量子位的讀取,并給出了數(shù)學(xué)推導(dǎo)。在此基礎(chǔ)上,針對量子計算機高速的并行運算能力,本文提出了一種量子計算機接口架構(gòu)設(shè)計方案,該方案將經(jīng)典CPU和量子QPU連接到一起,由經(jīng)典CPU完成系統(tǒng)的控制部分,而量子QPU完成量子計算。該方案大大降低了量子計算機的設(shè)計復(fù)雜度,具有性能優(yōu)越、實現(xiàn)簡單的優(yōu)點。然后,探索了量... 

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究的意義及方法
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 量子接口研究現(xiàn)狀
        1.2.2 量子計算機研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究的主要內(nèi)容
第2章 量子基本理論
    2.1 量子力學(xué)
    2.2 量子比特
    2.3 量子門和電路
    2.4 量子糾纏
    2.5 本章小結(jié)
第3章 超導(dǎo)量子位器件的設(shè)計與研究
    3.1 Josephson效應(yīng)
    3.2 Josephson結(jié)的等效電路
    3.3 基于電荷的約瑟夫森量子比特
    3.4 基于磁通的約瑟夫森量子比特
    3.5 基于相位的約瑟夫森量子比特
    3.6 混合超導(dǎo)量子器件的設(shè)計與研究
    3.7 本章小結(jié)
第4章 量子計算機接口架構(gòu)設(shè)計
    4.1 量子計算機接口架構(gòu)設(shè)計
        4.1.1 超導(dǎo)相位量子比特的讀取
        4.1.2 超導(dǎo)電荷量子比特的讀取
        4.1.3 超導(dǎo)量子比特耦合
    4.2 量子處理元件局部編程
        4.2.1 量子處理元件編程方法
        4.2.2 解復(fù)用器對量子處理元件編程
    4.3 量子隱形傳態(tài)
    4.4 本章小結(jié)
第5章 仿真及結(jié)果分析
    5.1 仿真軟件簡介
    5.2 量子計算設(shè)計流程
    5.3 量子處理器QPU與CPU接口功能仿真及分析
        5.3.1 量子計算機接口仿真及分析
        5.3.2 異步FIFO仿真及分析
        5.3.3 傳統(tǒng)計算機接口仿真及分析
    5.4 量子處理器QPU與CPU接口性能仿真及分析
        5.4.1 QPU與CPU接口的數(shù)據(jù)識別概率
        5.4.2 數(shù)據(jù)識別率與接口溫區(qū)動態(tài)功耗
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄Ⅰ作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]新材料為芯片制造延續(xù)摩爾定律[J]. Jeff Dorsch.  集成電路應(yīng)用. 2018(02)
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博士論文
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[2]基于約瑟夫結(jié)超導(dǎo)量子器件的量子現(xiàn)象研究[D]. 叢山樺.南京大學(xué) 2012
[3]幾何量子計算和量子信息傳輸問題的研究[D]. 郝三如.西北大學(xué) 2003

碩士論文
[1]兩種量子算法的改進(jìn)與量子計算系統(tǒng)的設(shè)計[D]. 熊紅梅.湖北工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于FPGA的8位嵌入式CPU設(shè)計[D]. 鄭晶晶.杭州電子科技大學(xué) 2012
[3]超導(dǎo)量子干涉儀型量子比特實現(xiàn)與應(yīng)用的研究[D]. 姬曉輝.西南交通大學(xué) 2010



本文編號：3651998