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

Újra kiadta Platón

Követő: 0

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

¹LIRMM, University of Montpellier, 34095 Montpellier, Franciaország
²LIRMM, University of Montpellier, 34095 Montpellier, CNRS, Franciaország
³Eindhoveni Műszaki Egyetem, 5612 AE, Eindhoven, Hollandia

Érdekesnek találja ezt a cikket, vagy szeretne megvitatni? Scite vagy hagyjon megjegyzést a SciRate-en.

Absztrakt

A NISQ eszközök számos fizikai korláttal és elkerülhetetlen zajos kvantumműveletekkel rendelkeznek, és csak kis áramkörök hajthatók végre kvantumgépen megbízható eredmények elérése érdekében. Ez a kvantumhardver-kihasználtság problémájához vezet. Itt foglalkozunk ezzel a problémával, és javítjuk a kvantumhardver áteresztőképességét egy Quantum Multi-Programing Compiler (QuMC) javaslatával, amely több kvantumáramkört hajt végre egyidejűleg kvantumhardveren. Ez a megközelítés csökkentheti az áramkörök teljes futási idejét is. Először egy párhuzamosság-kezelőt vezetünk be, amellyel kiválasztható az egyidejűleg végrehajtandó megfelelő számú áramkör. Másodszor, bemutatunk két különböző qubit particionáló algoritmust, hogy megbízható partíciókat rendeljünk több áramkörhöz – egy mohó és egy heurisztikus. Harmadszor, a Simultaneous Randomized Benchmarking protokollt használjuk az áthallás tulajdonságainak jellemzésére, és figyelembe vesszük őket a qubit partíciós folyamatban, hogy elkerüljük az áthallás hatását az egyidejű végrehajtások során. Végül továbbfejlesztjük a leképezési átmenet algoritmust, hogy az áramkörök végrehajthatóak legyenek hardveren, kevesebb beillesztett kapuval. A QuMC megközelítésünk teljesítményét különböző méretű áramkörök egyidejű végrehajtásával mutatjuk be IBM kvantumhardveren. Ezt a módszert VQE algoritmuson is megvizsgáljuk, hogy csökkentsük annak többletköltségét.

► BibTeX adatok

@article{Niu2023enablingmulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, title = {Engedélyezés { M}multi-programozási {M}mechanizmus a {Q}uantum {C}számításhoz a {NISQ} {E}ra}-ban, szerző = {Niu, Siyuan és Todri-Sanial, Aida}, napló = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, kiadó = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, kötet = {7}, oldal = {925}, hónap = február, év = {2023} }

► Referenciák

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam és Swaroop Ghosh. Az áthallás elemzése nisq eszközökben és biztonsági vonatkozásai többprogramozási rendszerben. In Proceedings of the ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design, 25–30. oldal, 2020a. https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570.
https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam és Swaroop Ghosh. Az áthallás kísérleti jellemzése, modellezése és elemzése kvantumszámítógépben. 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 és mások. Egy univerzális behálózó kapu kvantumfolyamatos tomográfiája Josephson fázis qubitekkel. 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 és Patrick Coles. Variációs kvantumlineáris megoldó: hibrid algoritmus lineáris rendszerek számára. Bulletin of the American Physical Society, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] Egy Robert Calderbank és Peter W Shor. Léteznek jó kvantum hibajavító kódok. 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 és mások. Variációs kvantum algoritmusok. 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 és Stephen Brierley. Pauli operátorok hatékony kvantummérése véges mintavételi hiba jelenlétében. 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 és Jay M Gambetta. Nyitott kvantum-összeállítás nyelv. arXiv preprint arXiv:1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation és Jay M Gambetta. Kvantumszámítógépek validálása véletlenszerű modelláramkörök segítségével. 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 és Moinuddin Qureshi. Tok több programozású kvantumszámítógépekhez. In Proceedings of the 52nd Annual Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture, 291–303. oldal, 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 és Pavel Lougovski. Az atommag felhőkvantumszámítása. 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 és Rainer Blatt. Nagyméretű kvantumszámítógépek jellemzése ciklus-benchmarking segítségével. 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: Nyílt forráskódú keretrendszer a kvantumszámításhoz. 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 és mások. A címezhetőség jellemzése szimultán randomizált benchmarking segítségével. 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 és Frederic T Chong. Egyidejű mérés optimalizálása variációs kvantum sajátmegoldó alkalmazásokhoz. 2020-ban az IEEE nemzetközi kvantumszámítási és mérnöki konferenciája (QCE), 379–390. IEEE, 2020. https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054.
https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi és a Jongsoo park. Kétlépcsős megközelítés a kvantumáramkörök ütemezéséhez. 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 és Jay M Gambetta. Felügyelt tanulás kvantum-bővített funkcióterekkel. 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 és Atsushi Matsuo. Kvantumköri leképezés optimalizálása kaputranszformáció és kommutáció segítségével. Integráció, 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 és Jay M Gambetta. Hardver-hatékony variációs kvantum-sajátmegoldó kis molekulákhoz és kvantummágnesekhez. Nature, 549 (7671): 242–246, 2017. https:///doi.org/10.1038/nature23879.
https:///doi.org/10.1038/nature23879

[20] Iordanis Kerenidis és Anupam Prakash. Kvantum gradiens süllyedés lineáris rendszerek és legkisebb négyzetek esetén. 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 és mások. A kvantumkémia felé kvantumszámítógépen. 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 és Yuan Xie. A nisq-korszak kvantumeszközök qubit-leképezési problémájának megoldása. In Proceedings of the Twenty1001th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pages 1014–2019, 10.1145. 3297858.3304023/XNUMX.
https:///doi.org/10.1145/3297858.3304023

[23] Lei Liu és Xinglei Dou. Qucloud: Új qubit leképezési mechanizmus több programozású kvantumszámításhoz felhőkörnyezetben. 2021-ben az IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA) 167–178. oldala. 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 és Andrew Houck. A qubit áthallás elnyomása hangolható csatolású szupravezető áramkörben. 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 és Margaret Martonosi. Zaj-adaptív fordítóleképezés zajos, közepes méretű kvantumszámítógépekhez. In Proceedings of the Twenty1015th International Conference on Architecture Support for Programming Languages and Operating Systems, pages 1029–2019, 10.1145. 3297858.3304075/XNUMX.
https:///doi.org/10.1145/3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi és Ali Javadi-Abhari. Az áthallás szoftveres enyhítése zajos, közepes méretű kvantumszámítógépeken. In Proceedings of the Twenty Fifth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pages 1001–1016, 2020. https://doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https:///doi.org/10.1145/3373376.3378477

[27] Siyuan Niu és Aida Todri-Sanial. Áthallási hiba elemzése a nisq-korszakban. Az IEEE Computer Society 2021-es éves szimpóziuma a VLSI-ről (ISVLSI), 428–430. oldal, 2021. https:///doi.org/10.1109/ISVLSI51109.2021.00084.
https:///doi.org/10.1109/ISVLSI51109.2021.00084

[28] Siyuan Niu, Adrien Suau, Gabriel Staffelbach és Aida Todri-Sanial. Hardver-tudatos heurisztika a qubit leképezési problémához a nisq-korszakban. 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 és Rodney Van Meter. Egyidejű kvantumáramkörök végrehajtása jelenlegi és közeljövő nisq rendszereken. 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 és Hristo N Djidjev. Párhuzamos kvantumlágyítás. 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 és Jeremy L O'brien. Variációs sajátérték-megoldó fotonikus kvantumprocesszoron. Nature Communications, 5: 4213, 2014. https:///doi.org/10.1038/ncomms5213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213%20(2014)

[32] John Preskill. Kvantumszámítástechnika a NISQ-korszakban és azon túl. Quantum, 2: 79, 2018. augusztus. 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 és Kevin Young. Közvetlen véletlenszerű benchmarking multiqubit eszközökhöz. Fizikai felülvizsgálati levelek, 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 és Swamit Tannu. Variációs kvantum algoritmusok gyorsítása áramköri párhuzamosság segítségével. arXiv preprint arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen és Robin Blume-Kohout. Áthallási hibák észlelése kvantuminformációs processzorokban. 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. Polinom idejű algoritmusok prímfaktorizáláshoz és diszkrét logaritmusokhoz kvantumszámítógépen. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484–1509, 1997. 10.1137/S0097539795293172.
https:///doi.org/10.1137/S0097539795293172

[37] Bochen Tan és Jason Cong. Meglévő kvantumszámítási elrendezés szintézis eszközeinek optimalitásvizsgálata. 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 és Moinuddin K Qureshi. Nem minden qubit egyforma: a nisq-korszak kvantumszámítógépeinek változatosság-tudatos házirendje. In Proceedings of the Twenty-987th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, 999–2019 pages, 10.1145. https://doi.org/3297858.3304007/XNUMX.
https:///doi.org/10.1145/3297858.3304007

[39] R. Wille, D. Große, L. Teuber, GW Dueck és R. Drechsler. RevLib: Online forrás megfordítható funkciókhoz és megfordítható áramkörökhöz. Int'l Symp. a Multi-Valued Logicról, 220–225. oldal, 2008. URL http:///www.revlib.org.
http:///www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer és Alwin Zulehner. Kvantumáramkörök hozzárendelése ibm qx architektúrákhoz a minimális számú swap és h művelet használatával. 2019-ben 56. ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), 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 és Yong-Xin Yao. Sekélyáramkörű variációs kvantum-sajátmegoldó, amely a szimmetria által ihletett Hilbert-térfelosztáson alapul kvantumkémiai számításokhoz. 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 és Yang Yu. Nagy kontrasztú zz kölcsönhatás ellentétes előjelű anharmonikus szupravezető qubitek használatával. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503

Idézi

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

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

[3] Lana Mineh és Ashley Montanaro, „Accelering the variational quantum yoursolver using parallelism”, arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh és Rodney Van Meter, „Kvantumáramkörök szimultán végrehajtása jelenlegi és közeljövő NISQ rendszereken”, arXiv: 2112.07091, (2021).

[5] Siyuan Niu és Aida Todri-Sanial, „Multi-programing Cross Platform Benchmarking for Quantum Computing Hardware”, arXiv: 2206.03144, (2022).

[6] Siyuan Niu és Aida Todri-Sanial, „How Parallel Circuit Execution Can Be Useful for NISQ Computing?”, arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu és Vladimir Korepin, „Quantum multi-programing for Grover's search”, Quantum Information Processing 22 1, 54 (2023).

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

A fenti idézetek innen származnak SAO/NASA HIRDETÉSEK (utolsó sikeres frissítés: 2023-02-17 00:11:37). Előfordulhat, hogy a lista hiányos, mivel nem minden kiadó ad megfelelő és teljes hivatkozási adatokat.

On Crossref által idézett szolgáltatás művekre hivatkozó adat nem található (utolsó próbálkozás 2023-02-17 00:11:35).

Ez a tanulmány a Quantumban jelent meg Creative Commons Nevezd meg 4.0 International (CC BY 4.0) engedély. A szerzői jog az eredeti szerzői jog tulajdonosainál marad, például a szerzőknél vagy intézményeiknél.

SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
Forrás: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Időbélyeg: Február 16, 2023

Időbélyeg: 28. november 2023.

Többprogramozási mechanizmus engedélyezése a kvantumszámításhoz a NISQ-korszakban

Újra kiadta Platón

Absztrakt

► BibTeX adatok

► Referenciák

Idézi

Még több Quantum Journal

Nem független és nem azonos eloszlású hibák javítása felületi kódokkal

Axiómák a retrodikcióhoz: idő-visszafordítási szimmetria elérése egy priorral

Meddő fennsíkok a kvantumtenzorhálózat optimalizálásában

Összefonódással segített Quantum Reed-Muller tenzor termékkódok

Variációs kvantum algoritmusok optimalizálása qBang segítségével: A metrika és a lendület hatékony összefonása a lapos energiájú tájakon való navigáláshoz

A kvantumműszerek összeférhetetlensége

A relációs kvantummechanika relatív tényei összeegyeztethetetlenek a kvantummechanikával

Stabilitási kísérletek: A memóriakísérletek figyelmen kívül hagyott kettőse

Az energiamérések a gyenge csatoláson túl is termometrikusan optimálisak maradnak

Rólunk

Vertical Search & Ai

Emelvény

Maradjon kapcsolatban

Fiók