QSysArch - Quantum Computer System Architecture

QPU: Unitate de procesare cuantică

Fri, 31 Jul 2026 00:00:00 +0000

Nu este întotdeauna ușor să găsești imagini cu matrițele de siliciu ale cipurilor de qubiți supraconductoare. Această pagină își propune să fie o colecție de imagini disponibile publicului, destinate în mod special qubiților supraconductori (transmoni și qubiți de spin).

Notă: aceasta este o lucrare în curs de desfășurare - Ultima actualizare: iulie 2026

MIT, Laboratorul de Cercetare în Electronică (RLE) Link to heading

Electrodinamica cuantică cu ghiduri de undă: Imaginile optice ale nivelului de qubiți (stânga) și nivelului de interpoziție (dreapta) sunt ilustrate cu qubiții și diferitele linii de semnal colorate fals.

QEC: Qubit logic corectat cu erori cuantice (partea 1)

Sat, 18 Jul 2026 00:00:00 +0000

La prima vedere, Corecția Erorilor Cuantice pare simplă: grupați qubiții fizici într-un qubit logic, aplicați o metodă pentru a menține consecvența între ei și apoi operați circuite cuantice folosind acești qubiți logici.

Sursa imaginii: Riverlane

Însă, în practică, acest prim pas este departe de a fi evident. Cum se creează și se întrețin acești qubiți logici? De exemplu, din perspectiva unui Sistem de Control Cuantic (QCS) (cum ar fi QM OPX1000, ZI’s ZQCS sau Qblox Q1 Cluster), ce este necesar pentru a „opera” sau „orchestra” qubitul logic? Și odată ce acest qubit logic este „gata” de a fi operat, ce este necesar pentru a-l utiliza pentru a efectua calcule cuantice, prin intermediul circuitelor cuantice compuse din porți de 1 și 2 qubiți? Această întrebare simplă nu se referă doar la sistemul de control hardware, ci și la stiva software, în special la compilatoare: Avem acum mai multe compilatoare, unul pentru qubiții fizici și unul pentru qubiții logici? Și când vine vorba de scalare, ce este necesar pentru ca compilatoarele să facă față complexității scalării atunci când gestionează 10.000 de qubiți fizici într-un mediu eterogen compus din GPU/QPU hibrid și QCS? Acestea sunt întrebări simple, cu răspunsuri non-triviale!

Metrologia semiconductorilor: măsurători la scară atomică

Fri, 10 Jul 2026 00:00:00 +0000

Acest scurt document prezintă pe scurt metodologiile utilizate în metrologia semiconductorilor, utilizate pentru inspecția plachetelor de siliciu.

Metrologia semiconductorilor implică măsurarea și analiza precisă a plachetelor utilizate pentru producerea circuitelor integrate de tip ASIC. Obiectivul este de a asigura calitatea și performanța plasării tranzistoarelor la scară atomică în timpul fabricării dispozitivelor, deoarece chiar și o abatere de un picometru în procesul de fabricație ar afecta randamentul.

Tehnologii de metrologie Link to heading

Iată câteva dintre tehnicile și instrumentele utilizate pentru măsurătorile calității, împreună cu o prezentare generală a rolurilor lor în acest proces:

xPU-uri: Microarhitecturi de accelerare hardware prin inferență AI

Sun, 28 Jun 2026 00:00:00 +0000

xPU: Este un termen generic pentru o unitate de procesare (PU) specializată, unde „x” poate reprezenta orice arhitectură de calcul personalizată pentru o sarcină de lucru specifică. Variațiile comune includ GPU-uri (grafică), TPU-uri (tensor/AI), NPU-uri (neuronale), DPU-uri (date) sau PPU-uri (pulse, utilizate în principal pentru stive de control cuantic).

Această notă extrem de scurtă își propune să ofere informații despre peisajul pieței xPU, așa cum este aplicată inferenței AI.

Modalități Qubit: Arhitectura Transmon QPU

Sun, 14 Jun 2026 00:00:00 +0000

Înainte de a ne cufunda în lumea fantastică a Corecției Erorilor Cuantice, m-am gândit că ar fi util să scriu o scurtă notă care să explice cum sunt arhitecturate QPU-urile și, în special, cum sunt implementate porțile de 1 și 2 qubiți la nivel de siliciu hardware.

Provocarea în scrierea unui astfel de memoriu este că există multe arhitecturi sau modalități QPU, așa că voi începe cu una dintre modalitățile comune: qubitul Transmon supraconductor.

Ilustrații

Sat, 04 Apr 2026 18:44:19 +0200

Se spune că „o imagine valorează cât o mie de cuvinte”. Sunt pasionat de crearea de modele de sistem bine ilustrate și de împărtășirea lor cu comunitatea. Când nu folosesc computerul pentru a schița folosind aplicația drawio, îmi place, de asemenea, să iau notițe și să schițez diagrame de mână:

Toate diagramele de mai jos sunt publicate sub licențe open-standard. Așadar, folosiți-le, modificați-le, modificați-le! Nu ezitați, atâta timp cât menționați qsysarch.com. De asemenea, rețineți că unele dintre pictogramele din aceste ilustrații necesită o atribuire suplimentară minunatului depozit icons8.com.

Nucleele de multiplicare matricială generală (GEMM)

Sat, 28 Mar 2026 00:00:00 +0000

Această notă revine la elementele de bază ale GPU-ului. Se concentrează pe operațiunea de bază a învățării profunde: înmulțirea matricelor. Mai întâi, voi descrie implementarea de bază și academică. Apoi, voi analiza optimizările necesare pentru a utiliza GPU-ul eficient.

Înțelegerea multiplicatorului matricial naiv Link to heading

Să începem cu acest exemplu simplu pe care îl găsiți adesea în manuale.

  
/**
* Kernel to perform matrix multiplication C = A × B
* A is of size N x M, B is M x N, and C is N x N
* Each thread computes one element of matrix C.
*/

__global__ void naive_matrix_multiply(float* A, float* B, float* C) {

// Calculate global row and column for this thread
int row = blockIdx.y /* 0...16 */ * blockDim.y + threadIdx.y;
int col = blockIdx.x /* 0...16 */ * blockDim.x + threadIdx.x;

if (row < N && col < N) {
float sum = 0.0f;
for (int k = 0; k < M; k++) {
// C[row][col] = sum(A[row][i] * B[i][col])
sum += A[row * N + k] * B[k * N + col];
}
C[row * N + col] = sum;
}

}

La prima vedere, acest lucru pare simplu. Trebuie doar să calculați fiecare celulă a matricei de ieșire C. Acest cod kernel pare să îndeplinească această funcție. Iată o reprezentare mai vizuală a kernelului.

Ingineria capacității și a eficienței

Sun, 22 Mar 2026 00:00:00 +0000

Recent am dat peste conceptul de Inginerie a Capacitatii și Eficienței, care este disciplina proiectării și operării sistemelor într-un mod optim. Este un pilon cheie al arhitecturii sistemelor și este deosebit de important atunci când scala contează, cum ar fi în sistemele de calcul cuantic.

Pe scurt, Ingineria Capacitatii și Eficienței este știința sau disciplina optimizării producției. Aceasta se realizează prin echilibrarea producției maxime (capacitatea) cu consumul de resurse (eficiența).

Unitatea de procesare tensorală (TPU): Arhitectură de sistem la nivel înalt

Fri, 12 Dec 2025 00:00:00 +0000

Într-o lume în care inteligența artificială este avidă de energie, unitatea de procesare Tensor (TPU) schimbă regulile jocului. Este un cip personalizat, conceput de Google special pentru sarcini de învățare automată.

Această scurtă notă este o încercare de a oferi o imagine de ansamblu asupra arhitecturii TPU-urilor și a modului în care acestea au evoluat de la înființarea lor în 2016.

Voi încerca, de asemenea, să răspund la această întrebare esențială: de ce avem nevoie de TPU-uri dacă avem deja GPU-uri? Ce fel de avantaje au acestea față de GPU-uri? Cum se compară cu circuitele integrate neuromorfice? Și există vreo arhitectură alternativă la TPU-uri și GPU-uri?

Rescrierea AST în Python: compilare fără reducere

Sat, 06 Dec 2025 00:00:00 +0000

Înainte de a mă cufunda în lumea fantastică a compilatorului Cuda-Q, m-am gândit că ar merita să scriu o scurtă notă despre arta rescrierea AST.

Ne putem întreba: care este diferența dintre rescrierea AST și compilare? Pe scurt, fiecare compilare include rescrierea AST, dar nu fiecare rescriere AST se consideră compilare.

De asemenea, compilarea este procesul de coborâre a codului dintr-un limbaj în altul, în timp ce rescrierea AST va rămâne de obicei în cadrul aceluiași limbaj.

Complexitatea organizațională: mai multă arhitectură, mai puține instalații sanitare

Sun, 30 Nov 2025 00:00:00 +0000

Această notă este o transcriere de la l’Observatoire du Long Term, urmată de o digresiune personală despre rolul arhitectului în extinderea proiectelor.

Învățăm din planificarea urbană din Manhattan Link to heading

Străzile înguste și neregulate din sudul Manhattanului — cu nume imprevizibile și intersecții în tot felul de unghiuri — contrastează puternic cu restul New York-ului, așezat în formă de grilă, cu străzi (de la First la 220th) și bulevarde (de la First la Twelfth) late care se intersectează în unghi drept.

Circuite integrate neuromorfice: arhitectură de sistem la nivel înalt

Fri, 28 Nov 2025 00:00:00 +0000

Am auzit recent despre Unitățile de Procesare Neuromorfice, sau NPU-uri, în timp ce discutam despre Neuralink. Aceste NPU-uri nu au nicio legătură cu calculul cuantic, dar m-am gândit că ar fi interesant să petrecem puțin timp inspirându-mă de o nouă arhitectură de procesare. Și, de fapt, unul dintre principalii furnizori de circuite integrate în acest domeniu este o companie olandeză numită Innatera. Cel mai recent circuit integrat al Innatera, Pulsar, se bazează pe rețele neuronale de tip Spiking cu consum redus de energie (vezi imaginea din dreapta).

Arhitectura compilatorului GPU: CUDA, Triton și DeepSeek

Sun, 16 Nov 2025 00:00:00 +0000

Când se compilează pentru GPU-uri NVIDIA, CUDA este adesea considerat framework-ul de compilare de referință. Dar cum funcționează compilatorul de fapt? Ce fel de arhitectură a seturilor de instrucțiuni, sau ISA, trebuie să genereze compilatorul atunci când creează un „executabil” pentru GPU? Și cum funcționează compilatorul de fapt? Ce fel de arhitectură este utilizată pentru a genera cod care poate fi lansat de pe un CPU și executat pe un GPU?

Modelarea impulsurilor: Pulsul DRAG

Sat, 08 Nov 2025 00:00:00 +0000

Când vine vorba de îmbunătățirea fidelității qubitilor, o întrebare indirectă este dacă se poate spori fidelitatea porții prin „modelarea” impulsurilor care sunt pur și simplu mai complexe decât impulsurile simple cu aspect guassian? Iar răspunsul este: „hai să aruncăm o privire la pulsul _DRAG”!

Adevăratul motiv al interesului față de DRAG Pulse este comentariul lui Joseph Bardin din prezentarea video despre Cryo Pulse Modulator de la Google:

[21:08] Ne-am dat seama că, dacă nu încercăm să facem lucruri precum tragere, avem nevoie doar de o anvelopă simetrică. Cosinus ridicat sau gaussian - ambele sunt simetrice. Așa că am construit o matrice de surse de curent programabile și apoi am avut funcțiile de activare corespunzătoare pentru a crea acest tip de formă de undă de curent în formă de tort de nuntă. Și astfel putem programa amplitudinile și așa mai departe.

NVQLink: Arhitectura de sistem unificată GPU-Quantum de la Nvdia

Tue, 28 Oct 2025 00:00:00 +0000

Sunt extrem de încântat să fac parte din echipa de la Qblox, care a lucrat și încă lucrează activ cu Nvidia pentru a promova standardul NVQLink, ca o modalitate de interconectare a sistemelor eterogene calculate pe GPU-uri, CPU-uri și QPU-uri (procesoare cuantice, inclusiv controlerele cuantice incipiente pe care Qblox le dezvoltă).

NVQLink dintr-o privire Link to heading

NVQLink nu este încă un „cablu” pentru conectarea GPU-urilor la procesoarele Quantum, ci mai degrabă un framework complet care permite interconectarea dispozitivelor eterogene, de la rețea la stiva de software:

QRAM ca matrice de biți cuantici

Sun, 26 Oct 2025 00:00:00 +0000

Ce este un Qubit? (Credite: Microsoft )

Este în general recunoscut faptul că industria calculului cuantic se află încă în stadii incipiente, existând speranța de a atinge etape utile în termen de 5 până la 10 ani. Această notă de duminică dimineață este o sesiune de brainstorming despre arhitectura viitoare potențială a mașinilor de calcul cuantic.

Înainte de a continua să citiți, rețineți că ceea ce urmează este doar o privire asupra posibilelor viitoruri, nu o predicție a ceea ce se va întâmpla sau ar trebui să se întâmple. După cum a spus Steve Jobs (https://www.inc.com/jeff-haden/why-steve-jobs-and-science-say-you-can-only-connect-dots-looking-backwards.html),

GPUDirect RDMA: Durata de viață a unui pachet RoCE

Sat, 18 Oct 2025 00:00:00 +0000

Acest memoriu își propune să înțeleagă funcționarea internă a RDMA și, în special, ce este necesar pentru a crea o „placă de rețea compatibilă cu RDMA” care se interconectează cu un subsistem PCIe, cum ar fi connectX-7 de 200 GB integrat cu DGX Spark (imaginea din dreapta).

RDMA ca protocol „client-server” Link to heading

Să începem acest memo cu o prezentare generală a RDMA ca protocol.

Corecția erorilor cuantice: viața unui qubit

Wed, 08 Oct 2025 00:00:00 +0000

Corecția erorilor cuantice, cunoscută și sub numele de QEC, este una dintre cele mai active domenii de cercetare în domeniul calculului cuantic în prezent. Obiectivul QEC este de a proteja informația cuantică fragilă, stocată în qubiți, de zgomot și decoerență.

Măsura fiabilității unui qubit se bazează pe probabilitatea de eroare, iar qubiții fizici de astăzi pot atinge ordinul de mărime de aproximativ 1 eroare la 10.000 (\(10^{-4}\)) de operare a porții. Cu toate acestea, pentru a fi pe deplin eficientă, rata de eroare a porții trebuie să poată atinge cel puțin 1 la 1 miliard (\(10^{-9}\)) sau chiar una la un trilion (\(10^{-12}\)).

Calculatoare și controlere criogenice

Sun, 05 Oct 2025 00:00:00 +0000

Sursă: O interfață criogenică pentru controlul mai multor qubiți ( arXiv:1912.01299 )

Există mai multe tipuri de modalități de qubit, iar una dintre cele promițătoare este qubitul supraconductor.

Provocarea modului de procesare a qubitilor supraconductori este că este foarte sensibil la zgomotul ambiental și are o durată de viață mai scurtă decât alte modalități. În plus, qubiții supraconductori necesită funcționare la temperaturi criogenice, ceea ce necesită utilizarea unor sisteme specializate de răcire.

Ce mașină este potrivită pentru algoritmi cuantici?

Sun, 28 Sep 2025 00:00:00 +0000

În lumea calculului clasic, o mașină Turing este de obicei reprezentată ca o mașină abstractă capabilă să implementeze orice algoritm clasic de calculator prin stări, bandă și un cap de citire/scriere. Calculatoarele inițiale, datând din anii 1950, erau mainframe-uri uriașe care implementau o astfel de arhitectură Turing.

Dar cum rămâne cu algoritmii cuantici? Ce este necesar pentru a-i implementa? Există o înțelegere comună că mainframe-urile de ieri sunt pentru computerele clasice ceea ce este stiva de control cuantic de astăzi pentru computerele cuantice. Există o înțelegere comună că saltul de la mainframe la computere cuantice compacte, scalabile și eficiente va avea loc în următorii 5 până la 10 ani.

3 albastru 1 maro: Algoritmul lui Grover

Tue, 23 Sep 2025 00:00:00 +0000

Dar ce este informatica cuantică? Urmăriți acest videoclip fantastic de la 3Blue1Brown.com

Iată câteva dintre diagramele inspiratoare din această prezentare:

Bit clasic vs. Bit cuantic Link to heading

Porți logice clasice vs. porți cuantice Link to heading

Algoritmul cuantic Link to heading

RoCEv2: Protocolul de transport InfiniBand

Mon, 22 Sep 2025 00:00:00 +0000

Am lucrat pentru Spirent, o companie de testare și măsurare care dezvoltă sisteme de testare pentru rețele de înaltă performanță. Produsul se numea Test Center și, împreună cu o echipă foarte talentată, dezvoltam sistemul folosit pentru testarea sistemelor RoCEv2. M-am concentrat în special pe Priority Flow Control (PFC) și pe modul de activare a acestuia pentru „Packet Analyzer and Generator” (cunoscut și sub numele de PGA) bazat pe FPGA de 800 Gbps.

Sistemul de componente ale entității cuantice

Sun, 21 Sep 2025 00:00:00 +0000

Recent am dat peste o postare pe ycombinator despre paradigma Sistemului de Componente al Entității (ECS), adesea abreviată ca ECS. Unul dintre primele gânduri care mi-au venit după ce am citit în detaliu conceptul a fost cum s-ar putea asocia o astfel de paradigmă cu lumea Sistemelor de Calcul Cuantic și, dacă da, dacă are vreun sens.

Ca de obicei, am început să cer ChatGPT o vizualizare a „Sistemului de Componente Entitate aplicat unui sistem de control cuantic” (stânga) și opusul său, „qubit cuantic controlat de un Sistem de Componente Entitate” (dreapta). E greu de înțeles, cu excepția faptului că observ că, în primul caz, „omul” este sistemul, în timp ce în al doilea, qubitul pare a fi sistemul.

Lumea confuză a RDMA și InfiniBand

Tue, 16 Sep 2025 00:00:00 +0000

Există numeroase cuvinte la modă asociate cu RDMA în contextul GPU-urilor: GPU-direct, NvLink, NVLink Fusion, InfiniBand, Quantum InfiniBand, GPUNetIO și DOCA. Acest lucru este confuz, dar poate că nu trebuie să fie așa?

Acest articol este scris sub forma unei note personale, încercând să articuleze diversele tehnologii și să le vizualizeze cu ajutorul câtorva diagrame.

GPU Direct și RDMA: Marketing vs. Tehnologie. Link to heading

Să începem in-medias-res cu pagina confuză GPUNetIO din documentația oficială Nvidia:

Sos secret pentru rugină: tipuri mai precise?

Sun, 14 Sep 2025 00:00:00 +0000

Raph Levien este cunoscut pentru implementarea ultra-eficientă a celui mai rapid motor de randare a glifurilor, folosind un design SIMD foarte ingenios bazat pe Rust. Munca sa m-a inspirat cu adevărat când proiectam un GPU SIMD la Bestechnics în 2023. Ulterior, Ralf Levien a lucrat și la o versiune GPU a acestei randări a glifurilor.

Așadar, când am dat peste ultima sa prezentare despre „Cum a câștigat Rust: căutarea unui software performant și fiabil”, am decis să dedic o oră timp urmăririi prezentării și să captez orice informații utile.

Utilizarea inteligenței artificiale pentru îmbunătățirea sistemelor cuantice

Fri, 12 Sep 2025 00:00:00 +0000

Utilizarea inteligenței artificiale, sau mai precis a rețelelor neuronale (NN), nu este doar evidentă, ci și o parte aproape obligatorie a oricărui sistem în 2025. Nu este surprinzător faptul că numeroase lucrări de cercetare au fost publicate pe această temă. Cu toate acestea, cele mai recente cercetări au dus limitele la un alt nivel, permițând integrarea de înaltă performanță a rețelelor neuronale în cadrul sistemului de control cuantic.

Îmi bazez acest articol pe munca depusă de Centrul pentru Tehnologii Cuantice din Singapore [CQT/NUS] (https://www.cqt.sg/) și, mai precis, pe cercetarea lui Arthur Strauss, cu care am avut marea onoare să discut și să schimb idei în cadrul ultimului eveniment [SQA] (https://www.sqa-conference.org/).

Despre

Mon, 18 Aug 2025 11:01:21 -0400

Sunt Ronan și conduc departamentul de Inginerie Software Cuantică la Equal1. Proiectăm și construim computere cuantice complet integrate folosind tehnologie avansată bazată pe spini. Equal1 are birouri în Irlanda, SUA, Canada, Japonia, România și Olanda, unde locuiesc. Înainte de aceasta, am lucrat la Qblox, o companie care produce sisteme de control cuantic.

La Equal1, mă concentrez pe construirea sistemului full-stack care rulează computerul nostru cuantic de înaltă performanță RacQ. Acest sistem este conceput să se scaleze la mii de qubiți corectați logic și chiar mai mult. Unii oameni îl numesc „creierul” procesoarelor cuantice (QPU).

Unde este qubitul meu?

Mon, 18 Aug 2025 00:00:00 +0000

Unul dintre lucrurile interesante despre qubiți este că… ei bine, nu ești întotdeauna sigur unde se află. Prin urmare, acest lucru nu este surprinzător - informatica cuantică este încă în faza incipientă de dezvoltare. Gândiți-vă la perioada în care tranzistoarele erau cercetate și se foloseau echipamente de testare voluminoase pentru a determina dacă acele tranzistoare funcționau conform așteptărilor. Cam la fel este și în zilele noastre și pentru biții cuantici.

Noțiuni introductive despre qsysarch.com

Fri, 08 Aug 2025 00:00:00 +0000

Acest blog își propune să fie un ghid practic și ușor pentru construirea propriului computer cuantic.

Nu vreau să spun că construirea unui computer cuantic este un lucru ușor, ci mai degrabă că, dacă ar putea exista o modalitate „ușoară” de a explica „nespecialiștilor” cum este construit un computer cuantic, aceasta ar putea fi foarte utilă. Îmi place să fac paralela cu modul în care sunt construite computerele desktop standard: un procesor, memorie, disc, un GPU, toate acestea pe o placă de bază. Dar ce zici de un computer cuantic? Poate fi construit într-un mod similar?

Mon, 01 Jan 0001 00:00:00 +0000

Dincolo de Qubit: Arhitectarea unor sisteme de calcul cuantic scalabile și eterogene

Calculul cuantic este adesea prezentat ca o unitate magică de procesare cuantică, sau QPU, care operează Qubiți. În realitate, a face posibil un avantaj cuantic este un sport de echipă care necesită mult mai multe sisteme de înaltă performanță și eterogene în spate. Acest blog este o explorare a acestui ecosistem.

Rețele rezistente pentru vehicule autonome

Sat, 01 Jan 0000 00:00:00 +0000

Aceasta este o prezentare generală foarte rapidă a arhitecturii rețelei VayNet:

Pe lângă utilizarea unui canal de rețea redundant 4x (folosind o multiplexare inteligentă a canalului de pulverizare a pachetelor), aceștia promovează și utilizarea L4S, alias stivă de rețea scalabilă cu latență redusă, pierderi reduse, folosind mecanismul „ECN” sau Explicit Control Notification din cadrul stivei TCP. Ar fi interesant de văzut cum s-ar putea folosi Amarisoft pentru a valida eficiența L4S în medii emulate.