تمكين آلية البرمجة المتعددة للحوسبة الكمية في عصر NISQ

تمكين آلية البرمجة المتعددة للحوسبة الكمية في عصر NISQ

تمكين آلية البرمجة المتعددة للحوسبة الكمومية في عصر NISQ لذكاء بيانات PlatoBlockchain. البحث العمودي. منظمة العفو الدولية.

سيوان نيو1 و عايدة تودري سانيال2,3

1LIRMM ، جامعة مونبلييه ، 34095 مونبلييه ، فرنسا
2LIRMM ، جامعة مونبلييه ، 34095 مونبلييه ، CNRS ، فرنسا
3جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا ، 5612 AE ، أيندهوفن ، هولندا

تجد هذه الورقة مثيرة للاهتمام أو ترغب في مناقشة؟ Scite أو ترك تعليق على SciRate.

ملخص

تحتوي أجهزة NISQ على العديد من القيود المادية والعمليات الكمومية الصاخبة التي لا يمكن تجنبها ، ولا يمكن تنفيذ سوى الدوائر الصغيرة على آلة الكم للحصول على نتائج موثوقة. هذا يؤدي إلى مشكلة نقص استخدام الأجهزة الكمومية. هنا ، نعالج هذه المشكلة ونحسن إنتاجية الأجهزة الكمومية من خلال اقتراح مترجم متعدد البرمجة الكمومي (QuMC) لتنفيذ دوائر كمية متعددة على الأجهزة الكمومية في وقت واحد. يمكن أن يقلل هذا النهج أيضًا من إجمالي وقت تشغيل الدوائر. نقدم أولاً مدير التوازي لتحديد عدد مناسب من الدوائر ليتم تنفيذها في نفس الوقت. ثانيًا ، نقدم خوارزميتين مختلفتين لتقسيم الكيوبت لتخصيص أقسام موثوقة لدوائر متعددة - جشع وإرشادي. ثالثًا ، نستخدم بروتوكول المقارنة المعيارية العشوائية المتزامنة لتوصيف خصائص الحديث المتبادل والنظر فيها في عملية تقسيم qubit لتجنب تأثير الحديث المتبادل أثناء عمليات التنفيذ المتزامنة. أخيرًا ، قمنا بتحسين خوارزمية انتقال التعيين لجعل الدوائر قابلة للتنفيذ على الأجهزة باستخدام عدد أقل من البوابات المدرجة. نعرض أداء نهج QuMC الخاص بنا من خلال تنفيذ دوائر بأحجام مختلفة على أجهزة IBM الكمومية في وقت واحد. نحن أيضًا نحقق في هذه الطريقة على خوارزمية VQE لتقليل النفقات العامة.

► بيانات BibTeX

ferences المراجع

[1] عبد الله الساقي ومهاببل العلم وسواروب غوش. تحليل الحديث المتبادل في أجهزة nisq والآثار الأمنية في نظام البرمجة المتعددة. في وقائع الندوة الدولية ACM / IEEE حول التصميم والإلكترونيات منخفضة الطاقة ، الصفحات 25-30 ، 2020 أ. https: / / doi.org / 10.1145 / 3370748.3406570.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3370748.3406570

[2] عبد الله الساقي ومهاببل العلم وسواروب غوش. التوصيف التجريبي والنمذجة وتحليل الحديث المتبادل في الكمبيوتر الكمومي. معاملات IEEE في هندسة الكم ، 2020 ب. https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3023338.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3023338

[3] Radoslaw C Bialczak و Markus Ansmann و Max Hofheinz و Erik Lucero و Matthew Neeley و AD O'Connell و Daniel Sank و Haohua Wang و James Wenner و Matthias Steffen et al. التصوير المقطعي للعملية الكمية لبوابة متشابكة عالمية تم تنفيذها باستخدام مرحلة josephson qubits. فيزياء الطبيعة ، 6 (6): 409-413 ، 2010. https: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1639.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nphys1639

[4] كارلوس برافو برييتو ، رايان لاروز ، ماركو سيريزو ، يجيت سوباسي ، لوكاس سينسيو ، وباتريك كولز. الحل الخطي الكمي المتغير: خوارزمية هجينة للأنظمة الخطية. نشرة الجمعية الفيزيائية الأمريكية ، 65 ، 2020.
أرخايف: 1909.05820

[5] روبرت كالديربانك وبيتر دبليو شور. توجد رموز تصحيح أخطاء كمية جيدة. المراجعة البدنية أ ، 54 (2): 1098 ، 1996. https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.1098.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.54.1098

[6] ماركو سيريزو ، أندرو أراسميث ، رايان بابوش ، سيمون سي بنيامين ، سوجورو إندو ، كيسوكي فوجي ، جارود آر ماكلين ، كوسوكي ميتاراي ، شياو يوان ، لوكاس سينسيو ، وآخرون. خوارزميات الكم المتغيرة. Nature Reviews Physics، 3 (9): 625–644، 2021. https: / / doi.org/ 10.1038 / s42254-021-00348-9.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s42254-021-00348-9

[7] أوفيليا كروفورد ، بارنابي فان ستراتن ، داوشين وانج ، توماس باركس ، إيرل كامبل ، وستيفن بريرلي. القياس الكمي الفعال لمشغلي pauli في وجود خطأ محدود في أخذ العينات. الكم ، 5: 385 ، 2021. https: / / doi.org/ 10.22331 / q-2021-01-20-385.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2021-01-20-385

[8] أندرو دبليو كروس وليف إس بيشوب وجون أ سمولين وجاي إم غامبيتا. افتح لغة التجميع الكمومية. الإصدار التمهيدي لـ arXiv arXiv: 1707.03429 ، 2017.
أرخايف: 1707.03429

[9] أندرو دبليو كروس وليف إس بيشوب وسارة شيلدون وبول دي نيشن وجاي إم غامبيتا. التحقق من صحة الحواسيب الكمومية باستخدام نماذج الدوائر العشوائية. مراجعة البدنية أ ، 100 (3): 032328 ، 2019. https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032328.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.100.032328

[10] بولامي داس ، سواميت إس تانو ، براشانت جي ناير ، معين الدين قريشي. حالة لأجهزة الكمبيوتر الكمومية متعددة البرمجة. في وقائع الندوة الدولية السنوية الثانية والخمسين IEEE / ACM حول الهندسة المعمارية الدقيقة ، الصفحات 52-291 ، 303. https: / / doi.org/ 2019 / 10.1145.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3352460.3358287

[11] يوجين إف دوميتريسكو ، وأليكس جيه مكاسكي ، وجاوت هاغن ، وجوستاف آر يانسن ، وتيتوس دي موريس ، وتي بابنبروك ، ورافائيل سي بوسر ، وديفيد جارفيس دين ، وبافيل لوغوفسكي. الحوسبة الكمومية السحابية لنواة الذرة. خطابات المراجعة المادية ، 120 (21): 210501 ، 2018. https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.210501.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.120.210501

[12] ألكسندر إرهارد ، جويل وولمان ، لوكاس بوستلر ، مايكل ميث ، رومان ستريكر ، إستيبان أ مارتينيز ، فيليب شندلر ، توماس مونز ، جوزيف إيمرسون ، ورينر بلات. توصيف أجهزة الكمبيوتر الكمومية واسعة النطاق من خلال المقارنة المعيارية للدورة. اتصالات الطبيعة ، 10 (1): 1–7 ، 2019. https: / / doi.org/ 10.1038 / s41467-019-13068-7.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13068-7

[13] هيكتور أبراهام وآخرون. Qiskit: إطار مفتوح المصدر للحوسبة الكمومية. https: / / qiskit.org/ ، 2019.
https: / / qiskit.org/

[14] جاي إم غامبيتا ، إيه دي كوركولز ، سيث تي ميركل ، بليك آر جونسون ، جون إيه سمولين ، جيري إم تشاو ، كولم إيه رايان ، تشاد ريجيتي ، إس بوليتو ، توماس إيه أوهكي ، وآخرون. توصيف القابلية للعنونة من خلال المقارنة المعيارية العشوائية المتزامنة. خطابات المراجعة المادية ، 109 (24): 240504 ، 2012. https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.240504.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.109.240504

[15] براناف جوخال ، أوليفيا أنجيولي ، ويونجشان دينج ، وكايوين غوي ، وتيج توميش ، ومارتن سوشارا ، ومارجريت مارتونوسي ، وفريدريك تي تشونج. تحسين القياس المتزامن لتطبيقات eigensolver الكم المتغيرة. في عام 2020 مؤتمر IEEE الدولي للحوسبة الكمية والهندسة (QCE) ، الصفحات 379-390. IEEE، 2020. https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00054.
https: / / doi.org/10.1109 / QCE49297.2020.00054

[16] جيان جياكومو غيريشي ومنتزه جونغسو. نهج من خطوتين لجدولة الدوائر الكمومية. علوم وتكنولوجيا الكم ، 3 (4): 045003 ، 2018. https: / / doi.org/ 10.1088 / 2058-9565 / aacf0b.
https: / / doi.org / 10.1088 / 2058-9565 / aacf0b

[17] فويتش هافليتشيك ، أنطونيو دي كوركوليس ، كريستان تيم ، آرام وهارو ، أبيناف كاندالا ، جيري إم تشاو ، وجاي إم غامبيتا. التعلم الخاضع للإشراف مع مساحات الميزات المحسنة الكم. Nature، 567 (7747): 209–212، 2019. https: / / doi.org/ 10.1038 / s41586-019-0980-2.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-0980-2

[18] توشيناري إيتوكو ورودي ريموند وتاكاشي إماميتشي وأتسوشي ماتسو. تحسين رسم الخرائط الكمومية باستخدام تحويل البوابة والتبديل. التكامل ، 70: 43-50 ، 2020. 10.1016 / j.vlsi.2019.10.004.
https: / / doi.org/ 10.1016 / j.vlsi.2019.10.004

[19] أبهيناف كاندالا ، وأنطونيو ميزاكابو ، وكريستان تيم ، ومايكا تاكيتا ، وماركوس برينك ، وجيري إم تشاو ، وجاي إم غامبيتا. eigensolver الكم المتغير الفعال للأجهزة للجزيئات الصغيرة والمغناطيس الكمومي. Nature، 549 (7671): 242–246، 2017. https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[20] يوردانيس كيرينيديس وأنوبام براكاش. نزول التدرج الكمي للأنظمة الخطية والمربعات الصغرى. مراجعة البدنية أ ، 101 (2): 022316 ، 2020. 10.1103 / PhysRevA.101.022316.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevA.101.022316

[21] بنجامين بي لانيون ، جيمس دي ويتفيلد ، جيف جيليت ، مايكل إي جوجين ، مارسيلو بي ألميدا ، إيفان كاسال ، جاكوب بيامونتي ، مسعود محسني ، بن جي باول ، ماركو باربيري ، وآخرون. نحو كيمياء الكم على الحاسوب الكمومي. كيمياء الطبيعة ، 2 (2): 106-111 ، 2010. https: / / doi.org/ 10.1038 / nchem.483.
https: / / doi.org/10.1038 / nchem.483

[22] Gushu Li و Yufei Ding و Yuan Xie. معالجة مشكلة رسم الخرائط بالكيوبت للأجهزة الكمومية في عصر نيسك. في وقائع المؤتمر الدولي الرابع والعشرين للدعم المعماري للغات البرمجة وأنظمة التشغيل ، الصفحات 1001-1014 ، 2019. 10.1145 / 3297858.3304023.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304023

[23] Lei Liu و Xinglei Dou. Qucloud: آلية جديدة لرسم الخرائط للكيوبت للحوسبة الكمومية متعددة البرمجة في بيئة السحابة. في عام 2021 ندوة IEEE الدولية حول بنية الكمبيوتر عالية الأداء (HPCA) ، الصفحات 167–178. IEEE، 2021. https: / / doi.org/ 10.1109 / HPCA51647.2021.00024.
https: / / doi.org/ 10.1109 / HPCA51647.2021.00024

[24] براناف موندادا ، وجينجان زانج ، وتوماس هازارد ، وأندرو هوك. قمع الحديث المتبادل للكيوبت في دائرة توصيل فائق التوصيل قابلة للضبط. تم تطبيق المراجعة المادية ، 12 (5): 054023 ، 2019. https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.12.054023.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevApplied.12.054023

[25] براكاش مورالي ، وجوناثان إم بيكر ، وعلي جوادي أبهاري ، وفريدريك تي تشونج ، ومارجريت مارتونوسي. تعيينات المترجم المتكيف مع الضوضاء لأجهزة الكمبيوتر الكمومية ذات النطاق المتوسط ​​الصاخبة. في وقائع المؤتمر الدولي الرابع والعشرين للدعم المعماري للغات البرمجة وأنظمة التشغيل ، الصفحات 1015-1029 ، 2019. 10.1145 / 3297858.3304075.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304075

[26] براكاش مورالي ، وديفيد سي ماكاي ، ومارجريت مارتونوسي ، وعلي جوادي أبهاري. برنامج التخفيف من الحديث المتبادل على أجهزة الكمبيوتر الكمومية متوسطة الحجم صاخبة. في وقائع المؤتمر الدولي الخامس والعشرين للدعم المعماري للغات البرمجة وأنظمة التشغيل ، الصفحات 1001-1016 ، 2020. https: / / doi.org/ 10.1145 / 3373376.3378477.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3373376.3378477

[27] سيوان نيو وعايدة تودري سانيال. تحليل أخطاء الحديث المتبادل في عصر النسك. في عام 2021 الندوة السنوية لجمعية الكمبيوتر IEEE حول VLSI (ISVLSI) ، الصفحات 428-430 ، 2021. https: / / doi.org/ 10.1109 / ISVLSI51109.2021.00084.
https: / / doi.org/ 10.1109 / ISVLSI51109.2021.00084

[28] سيوان نيو ، وأدريان سواو ، وغابرييل ستافيلباخ ، وعايدة تودري سانيال. دليل إرشادي مدرك للأجهزة لمشكلة تعيين الكيوبت في عصر النسك. معاملات IEEE على هندسة الكم ، 1: 1-14 ، 2020. 10.1109 / TQE.2020.3026544.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3026544

[29] ياسوهيرو أوكورا وتاكاهيكو ساتوه ورودني فان متر. تنفيذ الدوائر الكمومية المتزامنة على أنظمة nisq الحالية والمستقبلية. arXiv preprint arXiv: 2112.07091 https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2022.3164716، 2021.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2022.3164716
أرخايف: 2112.07091

[30] إيليا بيلوفسكي ، جورج هان ، وهريستو إن دجيدجيف. التلدين الكمي المتوازي. التقارير العلمية ، 12 (1): 1-11 ، 2022. https: / / doi.org/ 10.1038 / s41598-022-08394-8.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-022-08394-8

[31] ألبرتو بيروزو ، وجارود ماكلين ، وبيتر شادبولت ، ومان هونغ يونغ ، وشياو تشي زو ، وبيتر جي لوف ، وآلان أسبورو-جوزيك ، وجيريمي إل أوبراين. حل متغير للقيمة الذاتية على معالج كمومي ضوئي. اتصالات الطبيعة ، 5:4213 ، 2014. https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213 (2014).
https: / / doi.org/ 10.1038 / ncomms5213٪ 20 (2014)

[32] جون بريسكيل. الحوسبة الكمية في عصر NISQ وما بعده. كوانتوم ، 2:79 ، أغسطس 2018. ISSN 2521-327X. 10.22331 / q-2018-08-06-79.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2018-08-06-79

[33] تيموثي جيه بروكتور ، أرنو كارينيان دوغاس ، كينيث رودينجر ، إريك نيلسن ، روبن بلوم-كوهوت ، وكيفين يونغ القياس العشوائي المباشر للأجهزة متعددة البت. خطابات المراجعة المادية ، 123 (3): 030503 ، 2019. https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.030503.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.123.030503

[34] سالونيك ريش ، أنتوني جوتيريز ، جون سوك هوه ، سريكانت بهارادواج ، ياسوكو إكيرت ، غابرييل لوه ، مارك أوسكين ، وسواميت تانو. تسريع خوارزميات الكم المتغيرة باستخدام التزامن الدارة. الإصدار التمهيدي لـ arXiv arXiv: 2109.01714 ، 2021.
أرخايف: 2109.01714

[35] موهان ساروفار ، وتيموثي بروكتور ، وكينيث رودينجر ، وكيفن يونغ ، وإريك نيلسن ، وروبن بلوم-كوهوت. كشف أخطاء الحديث المتبادل في معالجات المعلومات الكمومية. الكم ، 4: 321 ، 2020. https: / / doi.org/ 10.22331 / q-2020-09-11-321.
https:/​/​doi.org/​10.22331/​q-2020-09-11-321

[36] بيتر دبليو شور. خوارزميات متعددة الحدود للعوامل الأولية واللوغاريتمات المنفصلة على جهاز كمبيوتر كمي. مجلة SIAM للحوسبة ، 26 (5): 1484-1509 ، 1997. 10.1137 / S0097539795293172.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[37] بوخن تان وجيسون كونغ. دراسة أمثلية لأدوات تركيب تخطيط الحوسبة الكمومية الحالية. معاملات IEEE على أجهزة الكمبيوتر ، 70 (9): 1363-1373 ، 2021. https: / / doi.org/ 10.1109 / TC.2020.3009140.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1109 / TC.2020.3009140

[38] Swamit S Tannu و معين الدين قريشي. لم يتم إنشاء كل الكيوبتات على قدم المساواة: حالة للسياسات المدركة للتغير لأجهزة الكمبيوتر الكمومية في عصر نيسك. في وقائع المؤتمر الدولي الرابع والعشرين للدعم المعماري للغات البرمجة وأنظمة التشغيل ، الصفحات 987-999 ، 2019. https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304007.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304007

[39] R. Wille ، D. Große ، L. Teuber ، GW Dueck ، و R. Drechsler. RevLib: مورد عبر الإنترنت للوظائف القابلة للعكس والدوائر القابلة للعكس. في سيمب الدولي. على المنطق متعدد القيم ، الصفحات 220-225 ، 2008. URL http: / / www.revlib.org.
http: / / www.revlib.org

[40] روبرت ويل ولوكاس برغولزر وألوين زولينر. رسم خرائط الدوائر الكمومية لمعماريات ibm qx باستخدام أقل عدد من عمليات المبادلة و h. في عام 2019 المؤتمر السادس والخمسين لأتمتة التصميم ACM / IEEE (DAC) ، الصفحات 56-1. IEEE، 6. https: / / doi.org/ 2019 / 10.1145.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1145 / 3316781.3317859

[41] فنغ زانغ ، ونيلادري غوميز ، ونوح إف بيرثوسن ، وبيتر بي أورث ، وكاي تشوانغ وانغ ، وكاي مينج هو ، ويونغ شين ياو. eigensolver الكم المتغير للدوائر الضحلة على أساس تقسيم فضاء هيلبرت المستوحى من التناظر للحسابات الكيميائية الكمومية. بحوث المراجعة الفيزيائية ، 3 (1): 013039 ، 2021. https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.013039.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevResearch.3.013039

[42] بينغ تشاو ، وبنغ شو ، ودونغ لان ، وجي تشو ، وشينشنغ تان ، وهايفنغ يو ، ويانغ يو. تفاعل zz عالي التباين باستخدام كيوبتات فائقة التوصيل مع عدم توافق إشارة معاكسة. خطابات المراجعة المادية ، 125 (20): 200503 ، 2020. https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503.
الشبكي: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503

دليلنا يستخدم من قبل

[1] أندرو إدينز ، ماريو موتا ، تانفي ب.جوجاراتي ، سيرجي برافي ، أنطونيو ميزاكابو ، تشارلز هادفيلد ، وسارة شيلدون ، "مضاعفة حجم المحاكيات الكمية عن طريق التشابك" ، PRX كوانتوم 3 1 ، 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu و Aida Todri-Sanial ، "تأثيرات الفصل الديناميكي وتحسينات مستوى النبض على أجهزة كمبيوتر IBM الكمية" ، أرخايف: 2204.01471, (2022).

[3] لانا مينه وآشلي مونتانارو ، "تسريع eigensolver الكم المتغير باستخدام التوازي" ، أرخايف: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura و Takahiko Satoh و Rodney Van Meter ، "التنفيذ المتزامن للدارات الكمية على أنظمة NISQ الحالية والمستقبلية" ، أرخايف: 2112.07091, (2021).

[5] Siyuan Niu و Aida Todri-Sanial ، "القياس المعياري عبر النظام الأساسي متعدد البرمجة لأجهزة الحوسبة الكمومية" ، أرخايف: 2206.03144, (2022).

[6] Siyuan Niu و Aida Todri-Sanial ، "كيف يمكن أن يكون تنفيذ الدائرة المتوازية مفيدًا لحوسبة NISQ؟" ، أرخايف: 2112.00387, (2021).

[7] جيلشان بارك ، كون زانج ، كوانجمين يو ، وفلاديمير كوريبين ، "البرمجة المتعددة الكمية لبحث غروفر" ، معالجة المعلومات الكمية 22 1 ، 54 (2023).

[8] إيليا بيلوفسكي ، جورج هان ، وهريستو إن. أرخايف: 2209.05648, (2022).

[9] إيفان إي دوبس ، وروبرت باسمادجيان ، وألكسندرو بالير ، وجوزيف س.فريدمان ، "التبديل السريع في مضاعف الكم على غرار شبكة قائمة الانتظار" ، أرخايف: 2106.13998, (2021).

الاستشهادات المذكورة أعلاه من إعلانات ساو / ناسا (تم آخر تحديث بنجاح 2023-02-17 00:11:37). قد تكون القائمة غير كاملة نظرًا لأن جميع الناشرين لا يقدمون بيانات اقتباس مناسبة وكاملة.

On خدمة Crossref's cited-by service لم يتم العثور على بيانات حول الاستشهاد بالأعمال (المحاولة الأخيرة 2023-02-17 00:11:35).

الطابع الزمني:

اكثر من مجلة الكم