中性原子量子计算的图像重建高效架构

近年来，中性原子量子计算机（NAQCs）因其长相干时间和良好可扩展性而受到广泛关注。其主要缺点之一是相对耗时的控制开销，其中一项主要贡献是单个原子的探测和其状态测量，每一次计算周期至少 occur一次，需进行荧光成像和随后的图像分析。为缩短所需时间预算，我们提出一种针对基于单颗粒的 NAQCs 的高度并行原子探测加速器。该设计结合算法级优化与现场可编程门阵列（FPGA）实现，以最大化并行度并减少图像分析运行时间。我们的设计可在 Xilinx UltraScale+ FPGA 上仅用 115 $\mu$s 分析表示 10$\times$10 原子阵列的 256$\times$256 像素图像。相较于原始 CPU 基线和我们的优化 CPU 版本，我们分别实现了约 34.9$\times$ 和 6.3$\times$ 的重构时间加速。此外，本工作也为致力于 NAQCs 完全集成 FPGA 控制系统的努力作出了贡献。