Aktivering af multiprogrammeringsmekanisme for kvanteberegning i NISQ-æraen

Genudgivet af Platon

Abonnenter: 0

Enabling Multi-programming Mechanism for Quantum Computing in the NISQ Era PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

¹LIRMM, University of Montpellier, 34095 Montpellier, Frankrig
²LIRMM, University of Montpellier, 34095 Montpellier, CNRS, Frankrig
³Eindhoven University of Technology, 5612 AE, Eindhoven, Holland

Finder du denne artikel interessant eller vil du diskutere? Scite eller efterlade en kommentar på SciRate.

Abstrakt

NISQ-enheder har flere fysiske begrænsninger og uundgåelige støjende kvanteoperationer, og kun små kredsløb kan udføres på en kvantemaskine for at få pålidelige resultater. Dette fører til problemet med underudnyttelse af kvantehardware. Her adresserer vi dette problem og forbedrer kvantehardwaregennemstrømningen ved at foreslå en Quantum Multi-programming Compiler (QuMC) til at udføre flere kvantekredsløb på kvantehardware samtidigt. Denne tilgang kan også reducere den samlede køretid for kredsløb. Vi introducerer først en parallelisme-manager for at vælge et passende antal kredsløb, der skal udføres på samme tid. For det andet præsenterer vi to forskellige qubit-partitioneringsalgoritmer til at allokere pålidelige partitioner til flere kredsløb - en grådig og en heuristik. For det tredje bruger vi Simultaneous Randomized Benchmarking-protokollen til at karakterisere crosstalk-egenskaberne og overveje dem i qubit-partitionsprocessen for at undgå crosstalk-effekten under samtidige eksekveringer. Endelig forbedrer vi kortlægningsovergangsalgoritmen for at gøre kredsløb eksekverbare på hardware ved hjælp af et reduceret antal indsatte porte. Vi demonstrerer ydeevnen af vores QuMC-tilgang ved at udføre kredsløb af forskellige størrelser på IBM kvantehardware samtidigt. Vi undersøger også denne metode på VQE-algoritmen for at reducere dens overhead.

► BibTeX-data

@article{Niu2023enablingmulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, title = {Enabling { M}multi-programmering {M}-mekanisme til {Q}uantum {C}beregning i {NISQ} {E}ra}, forfatter = {Niu, Siyuan og Todri-Sanial, Aida}, journal = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, udgiver = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, bind = {7}, sider = {925}, måned = feb, år = {2023} }

► Referencer

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam og Swaroop Ghosh. Analyse af krydstale i nisq-enheder og sikkerhedsimplikationer i multiprogrammeringsregime. I Proceedings of ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design, side 25-30, 2020a. https://doi.org/10.1145/3370748.3406570.
https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam og Swaroop Ghosh. Eksperimentel karakterisering, modellering og analyse af krydstale i en kvantecomputer. IEEE Transactions on Quantum Engineering, 2020b. https:///doi.org/10.1109/TQE.2020.3023338.
https:///doi.org/10.1109/TQE.2020.3023338

[3] Radoslaw C Bialczak, Markus Ansmann, Max Hofheinz, Erik Lucero, Matthew Neeley, AD O'Connell, Daniel Sank, Haohua Wang, James Wenner, Matthias Steffen, et al. Kvanteprocestomografi af en universel indfiltringsport implementeret med josephson-fase-qubits. Nature Physics, 6 (6): 409–413, 2010. https:///doi.org/10.1038/nphys1639.
https://doi.org/10.1038/nphys1639

[4] Carlos Bravo-Prieto, Ryan LaRose, Marco Cerezo, Yigit Subasi, Lukasz Cincio og Patrick Coles. Variationel kvantelineær solver: En hybridalgoritme til lineære systemer. Bulletin fra American Physical Society, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] A Robert Calderbank og Peter W Shor. Der findes gode kvantefejlkorrigerende koder. Physical Review A, 54 (2): 1098, 1996. https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.54.1098.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.54.1098

[6] Marco Cerezo, Andrew Arrasmith, Ryan Babbush, Simon C Benjamin, Suguru Endo, Keisuke Fujii, Jarrod R McClean, Kosuke Mitarai, Xiao Yuan, Lukasz Cincio, et al. Variationelle kvantealgoritmer. 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] Ophelia Crawford, Barnaby van Straaten, Daochen Wang, Thomas Parks, Earl Campbell og Stephen Brierley. Effektiv kvantemåling af pauli-operatorer ved tilstedeværelse af endelig prøvetagningsfejl. Quantum, 5: 385, 2021. https:///doi.org/10.22331/q-2021-01-20-385.
https://doi.org/10.22331/q-2021-01-20-385

[8] Andrew W Cross, Lev S Bishop, John A Smolin og Jay M Gambetta. Åbent quantum assembly sprog. arXiv fortryk arXiv:1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation og Jay M Gambetta. Validering af kvantecomputere ved hjælp af randomiserede modelkredsløb. Physical Review A, 100 (3): 032328, 2019. https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.032328.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.100.032328

[10] Poulami Das, Swamit S Tannu, Prashant J Nair og Moinuddin Qureshi. Et etui til multiprogrammerende kvantecomputere. I Proceedings of the 52nd Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture, side 291–303, 2019. https:///doi.org/10.1145/3352460.3358287.
https:///doi.org/10.1145/3352460.3358287

[11] Eugene F Dumitrescu, Alex J McCaskey, Gaute Hagen, Gustav R Jansen, Titus D Morris, T Papenbrock, Raphael C Pooser, David Jarvis Dean og Pavel Lougovski. Sky kvanteberegning af en atomkerne. Physical review letters, 120 (21): 210501, 2018. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.210501.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.210501

[12] Alexander Erhard, Joel J Wallman, Lukas Postler, Michael Meth, Roman Stricker, Esteban A Martinez, Philipp Schindler, Thomas Monz, Joseph Emerson og Rainer Blatt. Karakterisering af kvantecomputere i stor skala via cyklusbenchmarking. Nature communications, 10 (1): 1-7, 2019. https://doi.org/10.1038/s41467-019-13068-7.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13068-7

[13] Héctor Abraham et al. Qiskit: En open source-ramme til kvanteberegning. https://qiskit.org/, 2019.
https://qiskit.org/

[14] Jay M Gambetta, AD Córcoles, Seth T Merkel, Blake R Johnson, John A Smolin, Jerry M Chow, Colm A Ryan, Chad Rigetti, S Poletto, Thomas A Ohki, et al. Karakterisering af adresserbarhed ved samtidig randomiseret benchmarking. Physical review letters, 109 (24): 240504, 2012. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.240504.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.240504

[15] Pranav Gokhale, Olivia Angiuli, Yongshan Ding, Kaiwen Gui, Teague Tomesh, Martin Suchara, Margaret Martonosi og Frederic T Chong. Optimering af samtidig måling til variationelle kvanteegenopløsere applikationer. I 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), side 379-390. IEEE, 2020. https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054.
https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi og Jongsoo Park. To-trins tilgang til planlægning af kvantekredsløb. Quantum Science and Technology, 3 (4): 045003, 2018. https://doi.org/10.1088/2058-9565/aacf0b.
https:///doi.org/10.1088/2058-9565/aacf0b

[17] Vojtěch Havlíček, Antonio D Córcoles, Kristan Temme, Aram W Harrow, Abhinav Kandala, Jerry M Chow og Jay M Gambetta. Overvåget læring med kvanteforstærkede funktionsrum. 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] Toshinari Itoko, Rudy Raymond, Takashi Imamichi og Atsushi Matsuo. Optimering af kvantekredsløbskortlægning ved hjælp af gatetransformation og kommutering. Integration, 70: 43–50, 2020. 10.1016/j.vlsi.2019.10.004.
https:///doi.org/10.1016/j.vlsi.2019.10.004

[19] Abhinav Kandala, Antonio Mezzacapo, Kristan Temme, Maika Takita, Markus Brink, Jerry M Chow og Jay M Gambetta. Hardwareeffektiv variationskvanteegenopløser til små molekyler og kvantemagneter. Nature, 549 (7671): 242–246, 2017. https://doi.org/10.1038/nature23879.
https:///doi.org/10.1038/nature23879

[20] Iordanis Kerenidis og Anupam Prakash. Kvantegradientnedstigning for lineære systemer og mindste kvadrater. Physical Review A, 101 (2): 022316, 2020. 10.1103/PhysRevA.101.022316.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevA.101.022316

[21] Benjamin P Lanyon, James D Whitfield, Geoff G Gillett, Michael E Goggin, Marcelo P Almeida, Ivan Kassal, Jacob D Biamonte, Masoud Mohseni, Ben J Powell, Marco Barbieri, et al. På vej mod kvantekemi på en kvantecomputer. Nature chemistry, 2 (2): 106–111, 2010. https:///doi.org/10.1038/nchem.483.
https://doi.org/10.1038/nchem.483

[22] Gushu Li, Yufei Ding og Yuan Xie. Håndtering af qubit-kortlægningsproblemet for nisq-æraens kvanteenheder. I Proceedings of the Twenty-Fireth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, side 1001–1014, 2019. 10.1145/3297858.3304023.
https:///doi.org/10.1145/3297858.3304023

[23] Lei Liu og Xinglei Dou. Qucloud: En ny qubit-kortlægningsmekanisme til multiprogrammering af kvanteberegning i skymiljøer. I 2021 IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA), side 167-178. IEEE, 2021. https:///doi.org/10.1109/HPCA51647.2021.00024.
https:///doi.org/10.1109/HPCA51647.2021.00024

[24] Pranav Mundada, Gengyan Zhang, Thomas Hazard og Andrew Houck. Undertrykkelse af qubit-krydstale i et afstembart koblingssuperledende kredsløb. Physical Review Applied, 12 (5): 054023, 2019. https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.12.054023.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevApplied.12.054023

[25] Prakash Murali, Jonathan M Baker, Ali Javadi-Abhari, Frederic T Chong og Margaret Martonosi. Støj-adaptive compiler-kortlægninger til støjende kvantecomputere i mellemskala. I Proceedings of the 1015th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, side 1029–2019, 10.1145. 3297858.3304075/XNUMX.
https:///doi.org/10.1145/3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi og Ali Javadi-Abhari. Softwarereduktion af krydstale på støjende kvantecomputere i mellemskala. I Proceedings of the Twenty-Fifth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, side 1001–1016, 2020. https:///doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https:///doi.org/10.1145/3373376.3378477

[27] Siyuan Niu og Aida Todri-Sanial. Analyse af krydstalefejl i nisq-æraen. I 2021 IEEE Computer Society årlige symposium om VLSI (ISVLSI), side 428–430, 2021. https:///doi.org/10.1109/ISVLSI51109.2021.00084.
https:///doi.org/10.1109/ISVLSI51109.2021.00084

[28] Siyuan Niu, Adrien Suau, Gabriel Staffelbach og Aida Todri-Sanial. En hardware-bevidst heuristik for qubit-kortlægningsproblemet i nisq-æraen. IEEE Transactions on Quantum Engineering, 1: 1-14, 2020. 10.1109/TQE.2020.3026544.
https:///doi.org/10.1109/TQE.2020.3026544

[29] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh og Rodney Van Meter. Samtidig udførelse af kvantekredsløb på nuværende og nære fremtidige nisq-systemer. arXiv preprint arXiv:2112.07091 https://doi.org/10.1109/TQE.2022.3164716, 2021.
https:///doi.org/10.1109/TQE.2022.3164716
arXiv: 2112.07091

[30] Elijah Pelofske, Georg Hahn og Hristo N Djidjev. Parallel kvanteudglødning. Scientific Reports, 12 (1): 1-11, 2022. https:///doi.org/10.1038/s41598-022-08394-8.
https://doi.org/10.1038/s41598-022-08394-8

[31] Alberto Peruzzo, Jarrod McClean, Peter Shadbolt, Man-Hong Yung, Xiao-Qi Zhou, Peter J Love, Alán Aspuru-Guzik og Jeremy L O'brien. En variationsegenværdiløser på en fotonisk kvanteprocessor. Nature communications, 5: 4213, 2014. https://doi.org/10.1038/ncomms5213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213%20(2014)

[32] John Preskill. Quantum Computing i NISQ-æraen og derefter. Quantum, 2: 79, august 2018. ISSN 2521-327X. 10.22331/q-2018-08-06-79.
https://doi.org/10.22331/q-2018-08-06-79

[33] Timothy J Proctor, Arnaud Carignan-Dugas, Kenneth Rudinger, Erik Nielsen, Robin Blume-Kohout og Kevin Young. Direkte randomiseret benchmarking for multiqubit-enheder. Physical review letters, 123 (3): 030503, 2019. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.030503.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.123.030503

[34] Salonik Resch, Anthony Gutierrez, Joon Suk Huh, Srikant Bharadwaj, Yasuko Eckert, Gabriel Loh, Mark Oskin og Swamit Tannu. Accelererende variationskvantealgoritmer ved hjælp af kredsløbssamtidighed. arXiv fortryk arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen og Robin Blume-Kohout. Detektering af krydstalefejl i kvanteinformationsprocessorer. Quantum, 4: 321, 2020. https:///doi.org/10.22331/q-2020-09-11-321.
https://doi.org/10.22331/q-2020-09-11-321

[36] Peter W. Shor. Polynomial-tidsalgoritmer til primfaktorisering og diskrete logaritmer på en kvantecomputer. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484–1509, 1997. 10.1137/S0097539795293172.
https:///doi.org/10.1137/S0097539795293172

[37] Bochen Tan og Jason Cong. Optimalitetsstudie af eksisterende kvantecomputerlayoutsynteseværktøjer. IEEE Transactions on Computers, 70 (9): 1363–1373, 2021. https:///doi.org/10.1109/TC.2020.3009140.
https:///doi.org/10.1109/TC.2020.3009140

[38] Swamit S Tannu og Moinuddin K Qureshi. Ikke alle qubits er skabt ens: et argument for variabilitetsbevidste politikker for kvantecomputere fra nisq-æraen. I Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, side 987–999, 2019. https:///doi.org/10.1145/3297858.3304007.
https:///doi.org/10.1145/3297858.3304007

[39] R. Wille, D. Große, L. Teuber, GW Dueck og R. Drechsler. RevLib: En online ressource til reversible funktioner og reversible kredsløb. I Int'l Symp. om Multi-Valued Logic, side 220-225, 2008. URL http://www.revlib.org.
http://www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer og Alwin Zulehner. Kortlægning af kvantekredsløb til ibm qx-arkitekturer ved hjælp af det minimale antal swap- og h-operationer. I 2019 56. ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), side 1-6. IEEE, 2019. https:///doi.org/10.1145/3316781.3317859.
https:///doi.org/10.1145/3316781.3317859

[41] Feng Zhang, Niladri Gomes, Noah F Berthusen, Peter P Orth, Cai-Zhuang Wang, Kai-Ming Ho og Yong-Xin Yao. Variationel kvanteegenopløser for lavt kredsløb baseret på symmetri-inspireret hilbert-rumopdeling til kvantekemiske beregninger. Physical Review Research, 3 (1): 013039, 2021. https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.013039.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevResearch.3.013039

[42] Peng Zhao, Peng Xu, Dong Lan, Ji Chu, Xinsheng Tan, Haifeng Yu og Yang Yu. zz-interaktion med høj kontrast ved hjælp af superledende qubits med anharmonicitet med modsat fortegn. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503

Citeret af

[1] Andrew Eddins, Mario Motta, Tanvi P. Gujarati, Sergey Bravyi, Antonio Mezzacapo, Charles Hadfield og Sarah Sheldon, "Doubling the Size of Quantum Simulators by Entanglement Forging", PRX Quantum 3 1, 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu og Aida Todri-Sanial, "Effects of Dynamical Decoupling and Pulse-level Optimizations on IBM Quantum Computers", arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh og Ashley Montanaro, "Accelerering af den variationelle kvanteegenopløser ved hjælp af parallelisme", arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh og Rodney Van Meter, "Samtidig udførelse af kvantekredsløb på nuværende og nære fremtidige NISQ-systemer", arXiv: 2112.07091, (2021).

[5] Siyuan Niu og Aida Todri-Sanial, "Multi-programming Cross Platform Benchmarking for Quantum Computing Hardware", arXiv: 2206.03144, (2022).

[6] Siyuan Niu og Aida Todri-Sanial, "Hvordan kan parallel kredsløbsudførelse være nyttig til NISQ-databehandling?", arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu og Vladimir Korepin, "Quantum multi-programming for Grovers search", Kvanteinformationsbehandling 22 1, 54 (2023).

[8] Elijah Pelofske, Georg Hahn og Hristo N. Djidjev, "Noise Dynamics of Quantum Annealers: Estimating the Effective Noise Using Idle Qubits", arXiv: 2209.05648, (2022).

[9] Evan E. Dobbs, Robert Basmadjian, Alexandru Paler og Joseph S. Friedman, "Fast Swapping in a Quantum Multiplier Modeled as a Queuing Network", arXiv: 2106.13998, (2021).

Ovenstående citater er fra SAO/NASA ADS (sidst opdateret 2023-02-17 00:11:37). Listen kan være ufuldstændig, da ikke alle udgivere leverer passende og fuldstændige citatdata.

On Crossrefs citeret af tjeneste ingen data om at citere værker blev fundet (sidste forsøg 2023-02-17 00:11:35).

Dette papir er udgivet i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Ophavsretten forbliver hos de originale copyright-indehavere, såsom forfatterne eller deres institutioner.

SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
Kilde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Tidsstempel: Februar 16, 2023

Tidsstempel: September 8, 2022

Aktivering af multiprogrammeringsmekanisme for kvanteberegning i NISQ-æraen

Genudgivet af Platon

Abstrakt

► BibTeX-data

► Referencer

Citeret af

Mere fra Quantum Journal

Ufrugtbare plateauer i kvantetensor-netværksoptimering

Adaptiv kvantestatstomografi med aktiv læring

Kvantetidsudvidelse i et gravitationsfelt

Hvornår kommer en partikel?

Støj-robuste jordtilstandsenergiestimater fra dybe kvantekredsløb

Kvantekontekstualitet

Tilnærmelse af kvantekanaler ved fuldstændig positive kort med lille Kraus-rang

Kvantekorrelationer i det minimale scenarie

Samtidig estimering af flere egenværdier med kort dybde kvantekredsløb på tidlige fejltolerante kvantecomputere

Periodisk opdaterede kvantetermiske maskiner

Om os

Vertikal søgning & Ai

perron

Stay Connected

Konto