فعال کردن مکانیسم چند برنامه‌نویسی برای محاسبات کوانتومی در عصر NISQ

فعال کردن مکانیسم چند برنامه‌نویسی برای محاسبات کوانتومی در عصر NISQ

فعال کردن مکانیسم چند برنامه‌نویسی برای محاسبات کوانتومی در هوش داده پلاتو بلاک چین عصر NISQ. جستجوی عمودی Ai.

سیوان نیو1 و آیدا تودری-سانیال2,3

1LIRMM، دانشگاه مونپلیه، 34095 مونپلیه، فرانسه
2LIRMM، دانشگاه مونپلیه، 34095 مونپلیه، CNRS، فرانسه
3دانشگاه فناوری آیندهوون، 5612 AE، آیندهوون، هلند

این مقاله را جالب می دانید یا می خواهید بحث کنید؟ SciRate را ذکر کنید یا در SciRate نظر بدهید.

چکیده

دستگاه های NISQ دارای چندین محدودیت فیزیکی و عملیات کوانتومی پر سر و صدا اجتناب ناپذیر هستند و تنها مدارهای کوچکی را می توان بر روی یک ماشین کوانتومی اجرا کرد تا نتایج قابل اعتمادی به دست آورد. این منجر به مشکل کم استفاده از سخت افزار کوانتومی می شود. در اینجا، ما این مشکل را حل کرده و با پیشنهاد یک کامپایلر چندبرنامه‌نویسی کوانتومی (QuMC) برای اجرای همزمان چندین مدار کوانتومی روی سخت‌افزار کوانتومی، توان عملیاتی سخت‌افزار کوانتومی را بهبود می‌دهیم. این رویکرد همچنین می تواند کل زمان اجرا مدارها را کاهش دهد. ابتدا یک مدیر موازی را معرفی می کنیم تا تعداد مناسبی از مدارها را برای اجرای همزمان انتخاب کند. دوم، ما دو الگوریتم پارتیشن بندی کیوبیت مختلف را برای تخصیص پارتیشن های قابل اعتماد به مدارهای متعدد ارائه می کنیم - یک حریص و یک اکتشافی. سوم، ما از پروتکل محک زدن تصادفی همزمان برای مشخص کردن ویژگی های تداخل استفاده می کنیم و آنها را در فرآیند پارتیشن کیوبیت در نظر می گیریم تا از اثر تداخل در طول اجرای همزمان جلوگیری کنیم. در نهایت، ما الگوریتم انتقال نگاشت را افزایش می‌دهیم تا مدارها را با استفاده از تعداد کمتری از گیت‌های درج شده روی سخت‌افزار قابل اجرا کنیم. ما عملکرد رویکرد QuMC خود را با اجرای مدارهایی با اندازه های مختلف بر روی سخت افزار کوانتومی IBM به طور همزمان نشان می دهیم. ما همچنین این روش را بر روی الگوریتم VQE برای کاهش سربار آن بررسی می کنیم.

► داده های BibTeX

◄ مراجع

[1] عبدالله آش ساکی، مهابوبول علم و سواروپ قوش. تجزیه و تحلیل تداخل در دستگاه‌های nisq و مفاهیم امنیتی در رژیم چند برنامه‌نویسی در مجموعه مقالات سمپوزیوم بین المللی ACM/​IEEE در زمینه الکترونیک و طراحی کم توان، صفحات 25 تا 30، 2020a. https://doi.org/​10.1145/​3370748.3406570.
https://doi.org/​10.1145/​3370748.3406570

[2] عبدالله آش ساکی، مهابوبول علم و سواروپ قوش. توصیف تجربی، مدل‌سازی و تحلیل تداخل در یک کامپیوتر کوانتومی معاملات IEEE در مهندسی کوانتومی، 2020b. https://doi.org/​10.1109/​TQE.2020.3023338.
https://doi.org/​10.1109/​TQE.2020.3023338

[3] رادوسلاو سی بیالزاک، مارکوس آنسمن، ماکس هوفهینز، اریک لوسرو، متیو نیلی، AD O'Connell، دانیل سانک، هائوهوا وانگ، جیمز ونر، ماتیاس استفن، و همکاران. توموگرافی فرآیند کوانتومی یک گیت درهم تنیده جهانی که با کیوبیت‌های فاز جوزفسون اجرا شده است. فیزیک طبیعت، 6 (6): 409–413، 2010. https://doi.org/​10.1038/​nphys1639.
https://doi.org/​10.1038/​nphys1639

[4] کارلوس براوو پریتو، رایان لارز، مارکو سرزو، ییگیت سوباسی، لوکاس سینسیو و پاتریک کولز. حل کننده خطی کوانتومی متغیر: یک الگوریتم ترکیبی برای سیستم های خطی بولتن انجمن فیزیک آمریکا، 65، 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] رابرت کالدربانک و پیتر دبلیو شور. کدهای اصلاح کننده خطای کوانتومی خوبی وجود دارد. Physical Review A, 54 (2): 1098, 1996. https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.54.1098.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.54.1098

[6] مارکو سرزو، اندرو آراسمیت، رایان بابوش، سایمون سی بنجامین، سوگورو اندو، کیسوکه فوجی، جارود آر مک‌کلین، کوسوکه میتارای، شیائو یوان، لوکاس سینسیو، و همکاران. الگوریتم های کوانتومی متغیر 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] اوفلیا کرافورد، بارنابی ون استراتن، داوچن وانگ، توماس پارکس، ارل کمپبل و استفان بریرلی. اندازه‌گیری کوانتومی کارآمد عملگرهای پاولی در حضور خطای نمونه‌گیری محدود. 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] اندرو دبلیو کراس، لو اس بیشاپ، جان اسمولین و جی ام گامبتا. زبان اسمبلی کوانتومی را باز کنید. پیش چاپ arXiv arXiv:1707.03429، 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] اندرو دبلیو کراس، لو اس بیشاپ، سارا شلدون، پل دی نیشن و جی ام گامبتا. اعتبار سنجی کامپیوترهای کوانتومی با استفاده از مدارهای مدل تصادفی شده بررسی فیزیکی A، 100 (3): 032328، 2019. https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.100.032328.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.100.032328

[10] پولامی داس، سوامیت اس تانو، پراشانت جی نیر و معین الدین قریشی. موردی برای کامپیوترهای کوانتومی چند برنامه نویسی. در مجموعه مقالات پنجاه و دومین سمپوزیوم بین‌المللی سالانه IEEE/ACM درباره ریزمعماری، صفحات 52–291، 303. https://doi.org/​2019/​10.1145.
https://doi.org/​10.1145/​3352460.3358287

[11] یوجین اف دومیترسکو، الکس جی مک کاسکی، گات هاگن، گوستاو آر یانسن، تیتوس دی موریس، تی پاپنبروک، رافائل سی پوزر، دیوید جارویس دین و پاول لوگوفسکی. محاسبات کوانتومی ابری یک هسته اتمی. نامه های بررسی فیزیکی، 120 (21): 210501، 2018. https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.120.210501.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.120.210501

[12] الکساندر ارهارد، جوئل جی والمن، لوکاس پستلر، مایکل مث، رومن استریکر، استبان آ مارتینز، فیلیپ شیندلر، توماس مونز، جوزف امرسون و راینر بلات. مشخص کردن کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس بزرگ از طریق محک زدن چرخه ارتباطات طبیعت، 10 (1): 1-7، 2019. https://doi.org/​10.1038/​s41467-019-13068-7.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41467-019-13068-7

[13] هکتور آبراهام و همکاران Qiskit: یک چارچوب منبع باز برای محاسبات کوانتومی. https://qiskit.org/​، 2019.
https://qiskit.org/

[14] جی ام گامبتا، AD Corcoles، Seth T Merkel، Blake R Johnson، John A Smolin، Jerry M Chow، Colm A Ryan، Chad Rigetti، S Poletto، Thomas A Ohki، و همکاران. مشخص کردن آدرس پذیری با معیارهای تصادفی همزمان. نامه‌های بررسی فیزیکی، 109 (24): 240504، 2012. https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.109.240504.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.109.240504

[15] پراناو گوخال، اولیویا آنگیولی، یونگشان دینگ، کایون گی، تیگ تومش، مارتین سوچارا، مارگارت مارتونوسی، و فردریک تی چونگ. بهینه سازی اندازه گیری همزمان برای کاربردهای حل ویژه کوانتومی متغیر در سال 2020 کنفرانس بین المللی IEEE در محاسبات و مهندسی کوانتومی (QCE)، صفحات 379-390. IEEE، 2020. https://doi.org/​10.1109/​QCE49297.2020.00054.
https://doi.org/​10.1109/​QCE49297.2020.00054

[16] جیان جاکومو گوئرشی و پارک جونگسو. رویکرد دو مرحله ای برای زمان بندی مدارهای کوانتومی علوم و فناوری کوانتومی، 3 (4): 045003، 2018. https://doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aacf0b.
https://doi.org/​10.1088/​2058-9565/​aacf0b

[17] ووتچ هاولیچک، آنتونیو دی کورکولس، کریستن تم، آرام دبلیو هارو، آبیناو کاندالا، جری ام چاو و جی ام گامبتا. یادگیری تحت نظارت با فضاهای ویژگی های پیشرفته کوانتومی. طبیعت، 567 (7747): 209–212، 2019. https://doi.org/​10.1038/​s41586-019-0980-2.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41586-019-0980-2

[18] توشیناری ایتوکو، رودی ریموند، تاکاشی ایمامیچی و آتسوشی ماتسو. بهینه سازی نگاشت مدار کوانتومی با استفاده از تبدیل گیت و کموتاسیون ادغام، 70: 43–50، 2020. 10.1016/​j.vlsi.2019.10.004.
https://doi.org/​10.1016/​j.vlsi.2019.10.004

[19] آبیناو کاندالا، آنتونیو مزاکاپو، کریستان تم، مایکا تاکیتا، مارکوس برینک، جری ام چاو و جی ام گامبتا. حل ویژه کوانتومی متغیر سخت افزاری برای مولکول های کوچک و آهنرباهای کوانتومی. طبیعت، 549 (7671): 242–246، 2017. https://doi.org/​10.1038/​nature23879.
https://doi.org/​10.1038/​nature23879

[20] یوردانیس کرنیدیس و آنوپام پراکاش. نزول گرادیان کوانتومی برای سیستم های خطی و حداقل مربعات. بررسی فیزیکی A، 101 (2): 022316، 2020. 10.1103/​PhysRevA.101.022316.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevA.101.022316

[21] بنجامین پی لانیون، جیمز دی ویتفیلد، جف جی گیلت، مایکل ای گوگین، مارسلو پی آلمیدا، ایوان کاسال، ژاکوب دی بیامونته، مسعود محسنی، بن جی پاول، مارکو باربیری و دیگران. به سوی شیمی کوانتومی در کامپیوتر کوانتومی. شیمی طبیعت، 2 (2): 106-111، 2010. https://doi.org/​10.1038/​nchem.483.
https://doi.org/​10.1038/​nchem.483

[22] گوشو لی، یوفی دینگ، و یوان شی. حل مشکل نقشه برداری کیوبیت برای دستگاه های کوانتومی دوران nisq. در مجموعه مقالات بیست و چهارمین کنفرانس بین المللی پشتیبانی معماری برای زبان های برنامه نویسی و سیستم عامل ها، صفحات 1001–1014، 2019. 10.1145/​3297858.3304023.
https://doi.org/​10.1145/​3297858.3304023

[23] لی لیو و زینگلی دو. Qucloud: مکانیزم جدید نقشه برداری کیوبیت برای محاسبات کوانتومی چند برنامه نویسی در محیط ابری. در سال 2021 سمپوزیوم بین المللی IEEE در معماری کامپیوتر با کارایی بالا (HPCA)، صفحات 167-178. IEEE، 2021. https://doi.org/10.1109/​HPCA51647.2021.00024.
https://doi.org/​10.1109/​HPCA51647.2021.00024

[24] پراناو موندادا، گنگیان ژانگ، توماس هازارد و اندرو هاک. سرکوب تداخل کیوبیت در یک مدار ابررسانا کوپلینگ قابل تنظیم. Physical Review Applied, 12 (5): 054023, 2019. https://doi.org/​10.1103/​PhysRevApplied.12.054023.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevApplied.12.054023

[25] پراکاش مورالی، جاناتان ام بیکر، علی جوادی ابهری، فردریک تی چونگ و مارگارت مارتونوسی. نگاشت کامپایلر سازگار با نویز برای کامپیوترهای کوانتومی در مقیاس متوسط ​​با نویز. در مجموعه مقالات بیست و چهارمین کنفرانس بین المللی پشتیبانی معماری برای زبان های برنامه نویسی و سیستم عامل ها، صفحات 1015–1029، 2019. 10.1145/​3297858.3304075.
https://doi.org/​10.1145/​3297858.3304075

[26] پراکاش مورالی، دیوید سی مک کی، مارگارت مارتونوسی و علی جوادی ابهری. نرم‌افزار کاهش تداخل در رایانه‌های کوانتومی در مقیاس متوسط ​​پر سر و صدا. در مجموعه مقالات بیست و پنجمین کنفرانس بین‌المللی پشتیبانی معماری برای زبان‌های برنامه‌نویسی و سیستم‌های عامل، صفحات 1001–1016، 2020. https://doi.org/​10.1145/​3373376.3378477.
https://doi.org/​10.1145/​3373376.3378477

[27] سیوان نیو و آیدا تودری-سانیال. تجزیه و تحلیل خطای تداخل در عصر nisq. در سال 2021 IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI (ISVLSI)، صفحات 428–430، 2021. https://doi.org/​10.1109/​ISVLSI51109.2021.00084.
https://doi.org/​10.1109/​ISVLSI51109.2021.00084

[28] سیوان نیو، آدرین سوآو، گابریل استافلباخ و آیدا تودری سانال. یک اکتشافی سخت افزاری برای مسئله نقشه برداری کیوبیت در عصر nisq. IEEE Transactions on Quantum Engineering، 1: 1-14، 2020. 10.1109/​TQE.2020.3026544.
https://doi.org/​10.1109/​TQE.2020.3026544

[29] یاسوهیرو اوکورا، تاکاهیکو ساتو و رادنی ون متر. اجرای مدارهای کوانتومی همزمان در سیستم‌های nisq فعلی و آینده نزدیک 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] الیجا پلوفسکه، گئورگ هان و هریستو ان جیجف. آنیل کوانتومی موازی گزارش های علمی، 12 (1): 1-11، 2022. https://doi.org/​10.1038/​s41598-022-08394-8.
https:/​/​doi.org/​10.1038/​s41598-022-08394-8

[31] آلبرتو پروزو، جارود مک‌کلین، پیتر شادبولت، من-هنگ یونگ، شیائو-چی ژو، پیتر جی لاو، آلان آسپورو-گوزیک، و جرمی ال اوبرین. یک حل‌کننده ارزش ویژه متغیر در یک پردازنده کوانتومی فوتونیک. ارتباطات طبیعت، 5: 4213، 2014. https://doi.org/​10.1038/​ncomms5213 (2014).
https://doi.org/​10.1038/ncomms5213%20(2014)

[32] جان پرسکیل. محاسبات کوانتومی در دوران NISQ و فراتر از آن. 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] تیموتی جی پروکتور، آرنو کاریگنان-دوگاس، کنت رودینگر، اریک نیلسن، رابین بلوم-کوهوت و کوین یانگ. معیار تصادفی مستقیم برای دستگاه های چند کیوبیتی. نامه‌های بررسی فیزیکی، 123 (3): 030503، 2019. https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.030503.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.123.030503

[34] سالونیک رش، آنتونی گوتیرز، جون سوک هو، سریکانت بهارادواج، یاسوکو اکرت، گابریل لوه، مارک اوسکین و سوامیت تانو. تسریع الگوریتم های کوانتومی تغییرات با استفاده از همزمانی مدار پیش چاپ arXiv arXiv:2109.01714، 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] موهان سارووار، تیموتی پروکتور، کنت رودینگر، کوین یانگ، اریک نیلسن و رابین بلوم کوهوت. تشخیص خطاهای تداخل در پردازشگرهای اطلاعات کوانتومی 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] پیتر دبلیو شور. الگوریتم های زمان چند جمله ای برای فاکتورسازی اول و لگاریتم های گسسته در یک کامپیوتر کوانتومی. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484–1509, 1997. 10.1137/​S0097539795293172.
https://doi.org/​10.1137/​S0097539795293172

[37] بوچن تان و جیسون کونگ. مطالعه بهینه ابزارهای ترکیبی چیدمان محاسبات کوانتومی موجود 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] سوامیت اس تانو و معین الدین ک قریشی. همه کیوبیت ها یکسان ایجاد نمی شوند: موردی برای سیاست های آگاه از تغییرپذیری برای رایانه های کوانتومی دوران nisq. در مجموعه مقالات بیست و چهارمین کنفرانس بین‌المللی پشتیبانی معماری برای زبان‌های برنامه‌نویسی و سیستم‌های عامل، صفحات 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 و R. Drechsler. RevLib: یک منبع آنلاین برای توابع برگشت پذیر و مدارهای برگشت پذیر. در بین المللی سیمپ. در منطق چند ارزشی، صفحات 220-225، 2008. URL http://www.revlib.org.
http://www.revlib.org

[40] رابرت ویل، لوکاس بورگولزر و آلوین زولهنر. نگاشت مدارهای کوانتومی به معماری ibm qx با استفاده از حداقل تعداد عملیات swap و h. در سال 2019، پنجاه و ششمین کنفرانس اتوماسیون طراحی ACM/IEEE (DAC)، صفحات 56-1. IEEE، 6. https://doi.org/​2019/​10.1145.
https://doi.org/​10.1145/​3316781.3317859

[41] فنگ ژانگ، نیلادری گومز، نوح اف برتوسن، پیتر پی اورث، کای-ژوانگ وانگ، کای-مینگ هو، و یونگ-شین یائو. حل ویژه کوانتومی متغیر مدار کم عمق بر اساس پارتیشن بندی فضای هیلبرت با الهام از تقارن برای محاسبات شیمیایی کوانتومی. تحقیقات مروری فیزیکی، 3 (1): 013039، 2021. https://doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.3.013039.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevResearch.3.013039

[42] پنگ ژائو، پنگ زو، دونگ لان، جی چو، ژین‌شنگ تان، هایفنگ یو و یانگ یو. برهمکنش zz با کنتراست بالا با استفاده از کیوبیت های ابررسانا با ناهماهنگی علامت مخالف. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.200503.
https://doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.200503

ذکر شده توسط

[1] اندرو ادینز، ماریو موتا، تانوی پی. گجراتی، سرگئی براوی، آنتونیو مزاکاپو، چارلز هادفیلد و سارا شلدون، "دوبرابر کردن اندازه شبیه سازهای کوانتومی توسط درهم تنیدگی". PRX Quantum 3 1, 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu و Aida Todri-Sanial، «اثرات جداسازی دینامیکی و بهینه‌سازی‌های سطح پالس بر روی رایانه‌های کوانتومی IBM»، arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] لانا مینه و اشلی مونتانارو، "شتاب دادن به حل ویژه کوانتومی متغیر با استفاده از موازی سازی"، arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura، Takahiko Satoh و Rodney Van Meter، "اجرای همزمان مدارهای کوانتومی در سیستم های NISQ فعلی و آینده نزدیک". arXiv: 2112.07091, (2021).

[5] Siyuan Niu و Aida Todri-Sanial، "معیارسازی متقابل پلتفرم چندگانه برای سخت افزار محاسبات کوانتومی"، arXiv: 2206.03144, (2022).

[6] Siyuan Niu و Aida Todri-Sanial، "چگونه اجرای مدار موازی می تواند برای محاسبات NISQ مفید باشد؟" arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] گیلچان پارک، کون ژانگ، کوانگمین یو، و ولادیمیر کورپین، "برنامه ریزی چندگانه کوانتومی برای جستجوی گروور"، پردازش اطلاعات کوانتومی 22 1، 54 (2023).

[8] Elijah Pelofske، Georg Hahn و Hristo N. Djidjev، "دینامیک نویز بازپخت کوانتومی: تخمین نویز موثر با استفاده از کیوبیت های بیکار"، arXiv: 2209.05648, (2022).

[9] ایوان ای. دابز، رابرت باسماجیان، الکساندرو پالر، و جوزف اس. فریدمن، "تبادل سریع در یک ضرب کوانتومی مدل سازی شده به عنوان یک شبکه صف". arXiv: 2106.13998, (2021).

نقل قول های بالا از SAO/NASA Ads (آخرین به روز رسانی با موفقیت 2023-02-17 00:11:37). فهرست ممکن است ناقص باشد زیرا همه ناشران داده های استنادی مناسب و کاملی را ارائه نمی دهند.

On سرویس استناد شده توسط Crossref هیچ داده ای در مورد استناد به آثار یافت نشد (آخرین تلاش 2023-02-17 00:11:35).

تمبر زمان:

بیشتر از مجله کوانتومی