Enabling Multi-programming Mechanism For Quantum Computing In The NISQ Era

Taasavaldanud Platon

järgijaid: 0

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

¹LIRMM, Montpellier' Ülikool, 34095 Montpellier, Prantsusmaa
²LIRMM, Montpellieri ülikool, 34095 Montpellier, CNRS, Prantsusmaa
³Eindhoveni Tehnikaülikool, 5612 AE, Eindhoven, Holland

Kas see artikkel on huvitav või soovite arutada? Scite või jätke SciRate'i kommentaar.

Abstraktne

NISQ-seadmetel on mitmeid füüsilisi piiranguid ja vältimatud mürarikkad kvantoperatsioonid ning usaldusväärsete tulemuste saamiseks saab kvantmasinas teostada ainult väikseid ahelaid. See toob kaasa kvantriistvara alakasutamise probleemi. Siin käsitleme seda probleemi ja parandame kvantriistvara läbilaskevõimet, pakkudes välja Quantum Multi-programming Compiler (QuMC), et käivitada kvantriistvaras korraga mitu kvantahelat. See lähenemisviis võib vähendada ka ahelate kogu tööaega. Esmalt tutvustame paralleelsuse haldurit, et valida sobiv arv korraga käivitatavaid ahelaid. Teiseks esitame kaks erinevat kubiti jaotamise algoritmi, et eraldada usaldusväärsed partitsioonid mitmele vooluringile – ahnele ja heuristilisele. Kolmandaks kasutame ülekõnede omaduste iseloomustamiseks ja qubit-partitsiooni protsessis samaaegse juhusliku võrdlusuuringu protokolli, et vältida ülekõnede efekti samaaegsete täitmiste ajal. Lõpuks täiustame kaardistamise ülemineku algoritmi, et muuta ahelad riistvaras käivitatavaks, kasutades vähendatud arvu sisestatud väravaid. Demonstreerime oma QuMC lähenemisviisi toimivust, käivitades üheaegselt IBMi kvantriistvaras erineva suurusega vooluringe. Samuti uurime seda meetodit VQE algoritmis, et vähendada selle üldkulusid.

► BibTeX-i andmed

@article{Niu2023enablingmulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, pealkiri = {Lubamine { M}mitmeprogrammeerimise {M}mehhanism {Q}uantum {C}arvutamiseks {NISQ} {E}ra}, autor = {Niu, Siyuan ja Todri-Sanial, Aida}, ajakiri = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, väljaandja = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, maht = {7}, lehekülge = {925}, kuu = veebruar, aasta = {2023} }

► Viited

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam ja Swaroop Ghosh. Ristkõnede analüüs nisq-seadmetes ja turbemõju mitme programmeerimise režiimis. ACM/IEEE rahvusvahelise väikese võimsusega elektroonika ja disaini sümpoosioni toimetistes, lk 25–30, 2020a. https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570.
https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam ja Swaroop Ghosh. Ristkõne eksperimentaalne iseloomustamine, modelleerimine ja analüüs kvantarvutis. IEEE tehingud kvanttehnikas, 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 jt. Josephsoni faasi qubitidega rakendatud universaalse takerduva värava kvantprotsessi tomograafia. 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 ja Patrick Coles. Variatsiooniline kvantlineaarne lahendaja: lineaarsete süsteemide hübriidalgoritm. Ameerika Füüsika Seltsi bülletään, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] Robert Calderbank ja Peter W Shor. Head kvantviga parandavad koodid on olemas. 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 jt. Variatsioonilised kvantalgoritmid. 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 ja Stephen Brierley. Pauli operaatorite tõhus kvantmõõtmine lõpliku valimivea olemasolul. 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 ja Jay M Gambetta. Avage kvantkoostekeel. arXiv eeltrükk arXiv:1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation ja Jay M Gambetta. Kvantarvutite valideerimine randomiseeritud mudelahelate abil. 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 ja Moinuddin Qureshi. Korpus multiprogrammeerivatele kvantarvutitele. IEEE/ACM rahvusvahelise mikroarhitektuuri 52. aasta sümpoosioni toimetistes, lk 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 ja Pavel Lougovski. Aatomituuma pilvekvantarvutus. 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 ja Rainer Blatt. Suuremahuliste kvantarvutite iseloomustamine tsükli võrdlusuuringu abil. Looduskommunikatsioonid, 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: avatud lähtekoodiga raamistik kvantarvutuseks. 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 jt. Adresseeritavuse iseloomustamine samaaegse randomiseeritud võrdlusuuringuga. 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 ja Frederic T Chong. Samaaegse mõõtmise optimeerimine variatiivsete kvantomalahendaja rakenduste jaoks. 2020. aastal IEEE rahvusvaheline kvantarvutite ja -tehnoloogia konverents (QCE), lk 379–390. IEEE, 2020. https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054.
https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi ja Jongsoo park. Kaheastmeline lähenemine kvantahelate ajastamisele. 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 ja Jay M Gambetta. Juhendatud õpe kvant-täiustatud funktsiooniruumidega. 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 ja Atsushi Matsuo. Kvantahela kaardistamise optimeerimine paisu teisenduse ja kommutatsiooni abil. Integratsioon, 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 ja Jay M Gambetta. Riistvarasäästlik variatsiooniline kvantomalahendaja väikeste molekulide ja kvantmagnetite jaoks. Nature, 549 (7671): 242–246, 2017. https:///doi.org/10.1038/nature23879.
https:///doi.org/10.1038/nature23879

[20] Iordanis Kerenidis ja Anupam Prakash. Kvantgradiendi laskumine lineaarsete süsteemide ja vähimruutude jaoks. 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 jt. Kvantkeemia poole kvantarvutis. 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 ja Yuan Xie. Nisq-ajastu kvantseadmete qubit-kaardistamise probleemi lahendamine. Programmeerimiskeelte ja operatsioonisüsteemide arhitektuurilise toe kahekümne neljanda rahvusvahelise konverentsi toimetised, lk 1001–1014, 2019. 10.1145/3297858.3304023.
https:///doi.org/10.1145/3297858.3304023

[23] Lei Liu ja Xinglei Dou. Qucloud: uus qubit-kaardistamise mehhanism mitme programmeerimise kvantarvutuseks pilvekeskkonnas. 2021. aastal IEEE rahvusvahelisel kõrgjõudlusega arvutiarhitektuuri (HPCA) sümpoosionil, lk 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 ja Andrew Houck. Kubiti ülekõla mahasurumine häälestatava sidestuse ülijuhtivas vooluringis. 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 ja Margaret Martonosi. Müraga kohanduvad kompilaatorite kaardistused mürarikaste keskmise mastaabiga kvantarvutite jaoks. Programmeerimiskeelte ja operatsioonisüsteemide arhitektuurilise toe kahekümne neljanda rahvusvahelise konverentsi toimetised, lk 1015–1029, 2019. 10.1145/3297858.3304075.
https:///doi.org/10.1145/3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi ja Ali Javadi-Abhari. Läbirääkimiste tarkvaraline leevendamine mürarikastes keskmise mastaabiga kvantarvutites. Programmeerimiskeelte ja operatsioonisüsteemide arhitektuuritoe kahekümne viienda rahvusvahelise konverentsi toimetistes lk 1001–1016, 2020. https://doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https:///doi.org/10.1145/3373376.3378477

[27] Siyuan Niu ja Aida Todri-Sanial. Ristkõne vea analüüsimine nisq ajastul. IEEE Computer Society 2021. aasta sümpoosionil VLSI (ISVLSI), lk 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 ja Aida Todri-Sanial. Riistvarateadlik heuristika kubiti kaardistamise probleemi jaoks nisq-ajastul. 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 ja Rodney Van Meter. Samaaegne kvantahelate täitmine praegustes ja lähitulevikus nisq süsteemides. arXiv eeltrükk 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 ja Hristo N Djidjev. Paralleelne kvantlõõmutamine. 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 ja Jeremy L O'brien. Variatsiooniline omaväärtuse lahendaja fotoonilisel kvantprotsessoril. Nature Communications, 5: 4213, 2014. https:///doi.org/10.1038/ncomms5213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213%20(2014)

[32] John Preskill. Kvantarvuti NISQ ajastul ja pärast seda. 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 ja Kevin Young. Otsene randomiseeritud võrdlusuuringud mitmebitiste seadmete jaoks. Füüsilise ülevaate kirjad, 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 ja Swamit Tannu. Variatsiooniliste kvantalgoritmide kiirendamine, kasutades ahela samaaegsust. arXiv eeltrükk arXiv: 2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen ja Robin Blume-Kohout. Ristkõnevigade tuvastamine kvantinfoprotsessorites. 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. Polünoomaja algoritmid algfaktoriseerimiseks ja diskreetsete logaritmide jaoks kvantarvutis. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484–1509, 1997. 10.1137/S0097539795293172.
https:///doi.org/10.1137/S0097539795293172

[37] Bochen Tan ja Jason Cong. Olemasolevate kvantarvutite paigutuse sünteesi tööriistade optimaalsuse uuring. 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 ja Moinuddin K Qureshi. Kõik kubitid pole loodud võrdselt: nisq-ajastu kvantarvutite varieeruvust arvestavate poliitikate näide. Programmeerimiskeelte ja operatsioonisüsteemide arhitektuuritoe 987. rahvusvahelise konverentsi toimetistes lk 999–2019, 10.1145. https://doi.org/3297858.3304007/XNUMX.
https:///doi.org/10.1145/3297858.3304007

[39] R. Wille, D. Große, L. Teuber, GW Dueck ja R. Drechsler. RevLib: Interneti-ressurss pöörduvate funktsioonide ja pööratavate vooluahelate jaoks. Int'l Symp. Multi-Valueed Logic, lk 220–225, 2008. URL http:///www.revlib.org.
http:///www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer ja Alwin Zulehner. Kvantahelate kaardistamine ibm qx arhitektuuridega, kasutades minimaalset arvu vahetus- ja h-operatsioone. 2019. aastal 56. ACM/IEEE disainiautomaatika konverents (DAC), lk 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 ja Yong-Xin Yao. Madala vooluahela variatsiooniline kvantomalahendaja, mis põhineb sümmeetriast inspireeritud Hilberti ruumi jaotusel kvantkeemiliste arvutuste jaoks. 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 ja Yang Yu. Suure kontrastsusega zz interaktsioon, kasutades ülijuhtivaid kubitte, millel on vastasmärgiga anharmoonsus. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503

Viidatud

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

[2] Siyuan Niu ja Aida Todri-Sanial, „Dünaamilise lahtisidumise ja impulsitaseme optimeerimise mõju IBM Quantum Computersile”, arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh ja Ashley Montanaro, "Variatsioonilise kvantomalahendi kiirendamine parallelismi abil", arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh ja Rodney Van Meter, "Kvantahelate samaaegne teostamine praegustes ja lähitulevikus NISQ-süsteemides", arXiv: 2112.07091, (2021).

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

[6] Siyuan Niu ja Aida Todri-Sanial, "Kuidas paralleelahela täitmine võib olla kasulik NISQ andmetöötluse jaoks?", arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu ja Vladimir Korepin, "Quantum multi-programming for Grover's search", Kvantinfotöötlus 22 1 54 (2023).

[8] Elijah Pelofske, Georg Hahn ja 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 ja Joseph S. Friedman, "Fast Swapping in a Quantum Multiplier Modeled as a Queuing Network", arXiv: 2106.13998, (2021).

Ülaltoodud tsitaadid on pärit SAO/NASA KUULUTUSED (viimati edukalt värskendatud 2023-02-17 00:11:37). Loend võib olla puudulik, kuna mitte kõik väljaandjad ei esita sobivaid ja täielikke viiteandmeid.

On Crossrefi viidatud teenus teoste viitamise andmeid ei leitud (viimane katse 2023-02-17 00:11:35).

See raamat on avaldatud Quantum all Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) litsents. Autoriõigus jääb algsetele autoriõiguste valdajatele, näiteks autoritele või nende institutsioonidele.

SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
Platoblockchain. Web3 metaversiooni intelligentsus. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
Allikas: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Ajatempel: Veebruar 16, 2023

Ajatempel: September 8, 2022

Kvantarvutite mitme programmeerimismehhanismi lubamine NISQ ajastul

Taasavaldanud Platon

Abstraktne

► BibTeX-i andmed

► Viited

Viidatud

Veel alates Quantum Journal

Viljatud platood kvanttensorivõrgu optimeerimisel

Adaptiivne kvantolekutomograafia koos aktiivse õppimisega

Kvantaja dilatatsioon gravitatsiooniväljas

Millal osake saabub?

Mürakindlad põhiseisundi energiahinnangud sügavatest kvantahelatest

Kvantkontekstuaalsus

Kvantkanalite lähendamine täiesti positiivsete kaartide abil väikese Krausi auastmega

Kvantkorrelatsioonid minimaalses stsenaariumis

Mitme omaväärtuse samaaegne hindamine lühikese sügavusega kvantahelaga varases tõrketaluvusega kvantarvutites

Perioodiliselt värskendatavad kvanttermomasinad

Meist

Vertikaalne otsing ja Ai

Platvorm

Püsi ühenduses

konto