阿里達(dá)摩院公布新型指令集，大幅提升編譯性能

2月16日，記者獲悉，阿里巴巴達(dá)摩院公布新型量子指令集，不僅大幅提升核心指令的執(zhí)行效率和精度，也大幅提高了編譯效率和性能。該成果發(fā)表于物理學(xué)頂刊《物理評(píng)論快報(bào)》最新一期上，期刊評(píng)議認(rèn)為，該項(xiàng)工作同時(shí)在理論和實(shí)驗(yàn)上證明了新型指令集的優(yōu)越性，其發(fā)展的方法將有助于革新業(yè)界設(shè)計(jì)量子指令集的范式。

(圖說(shuō)：達(dá)摩院新型量子指令集成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》的截圖)

量子指令集(QIS，quantum instruction set)規(guī)定了量子芯片內(nèi)最基本的邏輯操作，是連接量子軟件和底層硬件的核心界面。指令集對(duì)計(jì)算機(jī)的性能至關(guān)重要，而量子計(jì)算不同于經(jīng)典計(jì)算的是，其硬件和軟件的研究同時(shí)處于早期并且迅速發(fā)展的階段。這導(dǎo)致量子芯片設(shè)計(jì)者會(huì)從日新月異的硬件出發(fā)，探索最適合硬件原生實(shí)現(xiàn)的指令集，優(yōu)化指令的執(zhí)行時(shí)間和精度。而同時(shí)，量子軟件最終需要編譯到指令集上來(lái)執(zhí)行，所以量子軟件開(kāi)發(fā)者會(huì)從軟件編譯和執(zhí)行的效率出發(fā)來(lái)考慮指令集。量子計(jì)算機(jī)最終的效率是軟件和硬件效率的乘積，這要求指令集的設(shè)計(jì)必須突破這種各自為政的模式，兼顧軟硬件的性能。

達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室基于從芯片設(shè)計(jì)到軟件性能的端到端評(píng)估，發(fā)展了一套軟硬件協(xié)同的框架用以設(shè)計(jì)量子指令集。在此框架下，研究團(tuán)隊(duì)提出了以2比特量子門(mén)SQiSW作為核心指令的新型量子指令集，從理論和實(shí)驗(yàn)上展示了該指令集對(duì)軟硬件性能同時(shí)的提升。

(圖說(shuō)：達(dá)摩院以SQiSW門(mén)為核心的新指令集實(shí)現(xiàn)了執(zhí)行精度和編譯性能的大幅提升)

實(shí)驗(yàn)表明，相比以主流的iSWAP門(mén)為核心的指令集，達(dá)摩院SQiSW門(mén)核心指令的自執(zhí)行時(shí)間減少50%，錯(cuò)誤率降低41%;執(zhí)行基準(zhǔn)量子程序所需的指令數(shù)減少26%，最終錯(cuò)誤率降低50%，充分展現(xiàn)出新指令集簡(jiǎn)潔且高效的特性。

“從理論創(chuàng)新，到數(shù)字模擬，再到物理實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)，這一工作是我們多學(xué)科能力的聚合?！边_(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人施堯耘表示，“多學(xué)科高度融合既是實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算的內(nèi)在要求，也是達(dá)摩院量子實(shí)驗(yàn)室能力結(jié)構(gòu)的亮點(diǎn)。”

(圖說(shuō)：達(dá)摩院fluxonium量子芯片)

據(jù)悉，《物理評(píng)論快報(bào)》(Physical Review Letters)是物理學(xué)界收錄最具影響力的進(jìn)展和變革性思想的頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物。此前，達(dá)摩院關(guān)于fluxonium超導(dǎo)量子芯片的成果就曾發(fā)表于該刊物。