Moniohjelmointimekanismin käyttöönotto kvanttilaskentaa varten NISQ-aikakaudella

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

Kvanttilaskennan moniohjelmointimekanismin käyttöönotto NISQ-aikakaudella PlatoBlockchain Data Intelligencessä. Pystysuuntainen haku. Ai.

¹LIRMM, Montpellierin yliopisto, 34095 Montpellier, Ranska
²LIRMM, Montpellierin yliopisto, 34095 Montpellier, CNRS, Ranska
³Eindhovenin teknillinen yliopisto, 5612 AE, Eindhoven, Alankomaat

Onko tämä artikkeli mielenkiintoinen vai haluatko keskustella? Scite tai jätä kommentti SciRate.

Abstrakti

NISQ-laitteilla on useita fyysisiä rajoituksia ja väistämättömiä meluisia kvanttioperaatioita, ja vain pieniä piirejä voidaan suorittaa kvanttikoneella luotettavien tulosten saamiseksi. Tämä johtaa kvanttilaitteiston vajaakäyttöongelmaan. Tässä käsittelemme tätä ongelmaa ja parannamme kvanttilaitteiston suorituskykyä ehdottamalla Quantum Multi- Programming Compiler (QuMC), joka suorittaa useita kvanttipiirejä kvanttilaitteistolla samanaikaisesti. Tämä lähestymistapa voi myös lyhentää piirien kokonaisajoaikaa. Esittelemme ensin rinnakkaisuuden hallinnan, jolla valitaan sopiva määrä samanaikaisesti suoritettavia piirejä. Toiseksi esittelemme kaksi erilaista kubitin osiointialgoritmia luotettavien osioiden allokoimiseksi useille piireille – ahneelle ja heuristiselle. Kolmanneksi käytämme Simultaneous Randomized Benchmarking -protokollaa ylikuulumisen ominaisuuksien luonnehtimiseen ja niiden huomioimiseen qubit-osioprosessissa välttääksemme ylikuulumisen samanaikaisten suoritusten aikana. Lopuksi parannamme kartoitussiirtymäalgoritmia tehdäksemme piireistä suoritettavia laitteistolla käyttämällä vähennettyä lisättyjen porttien määrää. Osoitamme QuMC-lähestymistapamme suorituskyvyn suorittamalla erikokoisia piirejä IBM-kvanttilaitteistolla samanaikaisesti. Tutkimme myös tätä menetelmää VQE-algoritmilla vähentääksemme sen yleiskustannuksia.

► BibTeX-tiedot

@article{Niu2023enablingmulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, title = {Otetaan käyttöön { M}moniohjelmointi {M}mekanismi {Q}uantum {C}laskentaan {NISQ} {E}ra}:ssa, kirjoittaja = {Niu, Siyuan ja Todri-Sanial, Aida}, päiväkirja = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, julkaisija = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volyymi = {7}, sivut = {925}, kuukausi = helmikuu, vuosi = {2023} }

► Viitteet

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam ja Swaroop Ghosh. Analyysi ylikuulumisesta nisq-laitteissa ja tietoturvavaikutuksista moniohjelmointijärjestelmässä. Teoksessa Proceedings of the ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design, sivut 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. Ylikuulumisen kokeellinen karakterisointi, mallintaminen ja analyysi kvanttitietokoneessa. 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 ym. Josephson-vaiheen kubiiteilla toteutettu universaalin takertuvan portin kvanttiprosessitomografia. 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. Variaatiokvanttilineaarinen ratkaisija: Lineaaristen järjestelmien hybridialgoritmi. Bulletin of the American Physical Society, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] Robert Calderbank ja Peter W Shor. Hyviä kvanttivirheitä korjaavia koodeja on olemassa. 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 jne. Variaatiokvanttialgoritmit. 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-operaattoreiden tehokas kvanttimittaus äärellisen näytteenottovirheen läsnä ollessa. 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 piispa, John A Smolin ja Jay M Gambetta. Avoin kvanttikokoonpanon kieli. arXiv-esipainos arXiv: 1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation ja Jay M Gambetta. Kvanttitietokoneiden validointi satunnaistettujen mallipiirien avulla. 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. Kotelo moniohjelmoiville kvanttitietokoneille. Teoksessa Proceedings of the 52nd Annual Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture, sivut 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. Atomiytimen pilvikvanttilaskenta. 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. Suuren mittakaavan kvanttitietokoneiden karakterisointi syklien benchmarkingin avulla. 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 ai. Qiskit: avoimen lähdekoodin kehys kvanttilaskentaan. 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 jne. Osoitettavuuden karakterisointi samanaikaisella satunnaistetulla benchmarkingilla. 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. Samanaikaisen mittauksen optimointi variaatiokvanttiominaisratkaisusovelluksille. Vuonna 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), sivut 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-puisto. Kaksivaiheinen lähestymistapa kvanttipiirien ajoittamiseen. 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. Valvottua oppimista kvanttitehostetuilla ominaisuustiloilla. 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. Kvanttipiirikartoituksen optimointi hilamuunnoksen ja kommutoinnin avulla. Integraatio, 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. Laitteistotehokas vaihteleva kvanttiominaisratkaisija pienille molekyyleille ja kvanttimagneeteille. Nature, 549 (7671): 242–246, 2017. https:///doi.org/10.1038/nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[20] Iordanis Kerenidis ja Anupam Prakash. Kvanttigradienttilasku lineaarisille järjestelmille ja pienimmän neliösumman. 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 jne. Kohti kvanttikemiaa kvanttitietokoneella. 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-aikakauden kvanttilaitteiden qubit-kartoitusongelman ratkaiseminen. Ohjelmointikielten ja käyttöjärjestelmien arkkitehtonista tukea käsittelevän 1001. kansainvälisen konferenssin julkaisuissa, sivut 1014–2019, 10.1145. 3297858.3304023/XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1145 / +3297858.3304023

[23] Lei Liu ja Xinglei Dou. Qucloud: Uusi qubit-kartoitusmekanismi monikäyttöiseen kvanttilaskentaan pilviympäristössä. Vuonna 2021 IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA), sivut 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. Kubitin ylikuulumisen vaimennus viritettävässä kytkentäsuprajohtavassa piirissä. 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. Kohinaadaptiivinen kääntäjäkartoitukset meluisille keskikokoisille kvanttitietokoneille. Teoksessa 1015. kansainvälisen ohjelmointikielten ja käyttöjärjestelmien arkkitehtonista tukea käsittelevän konferenssin julkaisu, sivut 1029–2019, 10.1145. 3297858.3304075/XNUMX.
https: / / doi.org/ 10.1145 / +3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi ja Ali Javadi-Abhari. Ohjelmistoinen ylikuulumisen lieventäminen meluisissa keskikokoisissa kvanttitietokoneissa. Teoksessa Proceedings of the Twenty Fifth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, sivut 1001–1016, 2020. https://doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https: / / doi.org/ 10.1145 / +3373376.3378477

[27] Siyuan Niu ja Aida Todri-Sanial. Analysoidaan ylikuulumisvirhettä nisq-aikakaudella. Vuonna 2021 IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI (ISVLSI), sivut 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. Laitteistotietoinen heuristinen qubit-kartoitusongelma nisq-aikakaudella. 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. Samanaikainen kvanttipiirien suoritus nykyisissä ja lähitulevaisuudessa olevissa nisq-järjestelmissä. 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 ja Hristo N Djidjev. Rinnakkainen kvanttihehkutus. 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. Vaihteleva ominaisarvon ratkaisija fotonisessa kvanttiprosessorissa. 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 NISQ-aikakaudella ja sen jälkeen. Kvantti, 2: 79, elokuu 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. Suora satunnaistettu benchmarking multiqubit-laitteille. Physical Review Letts, 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. Kiihdyttävä variaatiokvanttialgoritmeja käyttämällä piirien samanaikaisuutta. arXiv preprint arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen ja Robin Blume-Kohout. Ylikuulumisvirheiden havaitseminen kvanttitietoprosessoreissa. 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. Polynomi-aikaiset algoritmit alkutekijöille ja diskreetit logaritmit kvanttitietokoneella. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484–1509, 1997. 10.1137 / S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[37] Bochen Tan ja Jason Cong. Optimaalisuustutkimus olemassa olevista kvanttilaskennan asettelusynteesityökaluista. 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. Kaikki kubitit eivät ole samanarvoisia: nisq-aikakauden kvanttitietokoneiden vaihtelutietoisten käytäntöjen tapaus. Teoksessa Proceedings of the Twenty987th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, sivut 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: online-resurssi käännettäville funktioille ja käänteville piireille. Int'l Symp. on Multi-Valued Logic, sivut 220–225, 2008. URL http:///www.revlib.org.
http:///www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer ja Alwin Zulehner. Kvanttipiirien yhdistäminen ibm qx -arkkitehtuureihin käyttämällä mahdollisimman vähän swap- ja h-toimintoja. Vuonna 2019 56. ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), sivut 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. Matalan piirin variaatiokvanttiominaisratkaisija, joka perustuu symmetria-vaikutteiseen Hilbert-avaruuden osiointiin kvanttikemiallisia laskelmia varten. 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. Suurikontrastinen zz-vuorovaikutus käyttämällä suprajohtavia kubitteja, joilla on vastakkaisen etumerkin anharmonisuus. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503

Viitattu

[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, "Dynaamisen erotuksen ja pulssitason optimoinnin vaikutukset IBM Quantum Computersissä", arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh ja Ashley Montanaro, "Accelering the variational quantum ominaissolver using parallelism", arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh ja Rodney Van Meter, "Kvanttipiirien samanaikainen suorittaminen nykyisissä ja lähitulevaisuudessa olevissa NISQ-järjestelmissä", 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, "How Parallel Circuit Execution Can Be Useful for NISQ Computing?", arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu ja Vladimir Korepin, "Quantum multi-programming for Grover's search", Kvanttitietojen käsittely 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).

Yllä olevat sitaatit ovat peräisin SAO: n ja NASA: n mainokset (viimeksi päivitetty onnistuneesti 2023-02-17 00:11:37). Lista voi olla puutteellinen, koska kaikki julkaisijat eivät tarjoa sopivia ja täydellisiä viittaustietoja.

On Crossrefin siteerattu palvelu tietoja teosten viittaamisesta ei löytynyt (viimeinen yritys 2023-02-17 00:11:35).

Tämä kirja on julkaistu Quantum - lehdessä Creative Commons Nimeäminen 4.0 Kansainvälinen (CC BY 4.0) lisenssin. Tekijänoikeudet säilyvät alkuperäisillä tekijänoikeuksien haltijoilla, kuten tekijöillä tai heidän instituutioillaan.

SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
Lähde: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Aikaleima: Helmikuu 16, 2023

Aikaleima: Marraskuu 28, 2023

Moniohjelmointimekanismin käyttöönotto kvanttilaskentaa varten NISQ-aikakaudella

Julkaissut Platon

Abstrakti

► BibTeX-tiedot

► Viitteet

Viitattu

Lisää aiheesta Quantum Journal

Ei-riippumattomien ja ei-identtisesti jakautuneiden virheiden korjaaminen pintakoodeilla

Aksioomit jälkikäteen: aika-käänteissymmetrian saavuttaminen priorin kanssa

Karu tasango kvanttitensoriverkon optimoinnissa

Kietoutumisavusteiset Quantum Reed-Muller Tensor -tuotekoodit

Vaihtelevien kvanttialgoritmien optimointi qBangin avulla: Mittarin ja vauhdin tehokas yhdistäminen litteissä energiamaisemissa navigointiin

Kvanttiinstrumenttien yhteensopimattomuus

Relaatiokvanttimekaniikan suhteelliset tosiasiat eivät ole yhteensopivia kvanttimekaniikan kanssa

Vakauskokeet: muistikokeiden unohdettu kaksois

Energiamittaukset pysyvät termometrisesti optimaalisina heikon kytkennän jälkeen

Tietoa meistä

Pystysuuntainen haku ja Ai

foorumi

Pysy yhteydessä

Tili