Mengaktifkan Mekanisme Multi-pemrograman Untuk Komputasi Kuantum Di Era NISQ

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

Mengaktifkan Mekanisme Multi-pemrograman untuk Komputasi Kuantum di Era NISQ Kecerdasan Data PlatoBlockchain. Pencarian Vertikal. Ai.

¹LIRMM, Universitas Montpellier, 34095 Montpellier, Prancis
²LIRMM, Universitas Montpellier, 34095 Montpellier, CNRS, Prancis
³Universitas Teknologi Eindhoven, 5612 AE, Eindhoven, Belanda

Apakah makalah ini menarik atau ingin dibahas? Scite atau tinggalkan komentar di SciRate.

Abstrak

Perangkat NISQ memiliki beberapa batasan fisik dan operasi kuantum berisik yang tidak dapat dihindari, dan hanya sirkuit kecil yang dapat dijalankan pada mesin kuantum untuk mendapatkan hasil yang andal. Ini mengarah pada masalah penggunaan perangkat keras kuantum. Di sini, kami mengatasi masalah ini dan meningkatkan throughput perangkat keras kuantum dengan mengusulkan Quantum Multi-programming Compiler (QuMC) untuk mengeksekusi beberapa sirkuit kuantum pada perangkat keras kuantum secara bersamaan. Pendekatan ini juga dapat mengurangi runtime total sirkuit. Kami pertama kali memperkenalkan manajer paralelisme untuk memilih jumlah sirkuit yang sesuai untuk dieksekusi pada waktu yang sama. Kedua, kami menyajikan dua algoritma partisi qubit yang berbeda untuk mengalokasikan partisi yang andal ke beberapa sirkuit – serakah dan heuristik. Ketiga, kami menggunakan protokol Pembandingan Acak Simultan untuk mengkarakterisasi properti crosstalk dan mempertimbangkannya dalam proses partisi qubit untuk menghindari efek crosstalk selama eksekusi simultan. Akhirnya, kami meningkatkan algoritma transisi pemetaan untuk membuat sirkuit dapat dieksekusi pada perangkat keras menggunakan penurunan jumlah gerbang yang disisipkan. Kami mendemonstrasikan kinerja pendekatan QuMC kami dengan menjalankan sirkuit dengan ukuran berbeda pada perangkat keras kuantum IBM secara bersamaan. Kami juga menyelidiki metode ini pada algoritma VQE untuk mengurangi biaya overhead.

► data BibTeX

@artikel{Niu2023enablingmulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, judul = {Mengaktifkan { M}mekanisme {M}pemrograman ulti untuk komputasi {Q}uantum {C}di {NISQ} {E}ra}, penulis = {Niu, Siyuan dan Todri-Sanial, Aida}, jurnal = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, penerbit = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {7}, halaman = {925}, bulan = feb, tahun = {2023} }

► Referensi

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam, and Swaroop Ghosh. Analisis crosstalk di perangkat NISQ dan implikasi keamanan dalam rezim multi-pemrograman. Dalam Prosiding ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design, halaman 25–30, 2020a. https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam, and Swaroop Ghosh. Karakterisasi eksperimental, pemodelan, dan analisis crosstalk dalam komputer kuantum. Transaksi IEEE pada Rekayasa Kuantum, 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, dkk. Tomografi proses kuantum dari gerbang pelibatan universal diimplementasikan dengan qubit fase josephson. Fisika Alam, 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, and Patrick Coles. Pemecah linier kuantum variasional: Algoritme hibrid untuk sistem linier. Buletin American Physical Society, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] Robert Calderbank dan Peter W. Shor. Ada kode koreksi kesalahan kuantum yang baik. Tinjauan Fisik 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, dkk. Algoritma kuantum variasional. Ulasan Alam Fisika, 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, dan Stephen Brierley. Pengukuran kuantum yang efisien dari operator pauli di hadapan kesalahan pengambilan sampel yang terbatas. 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, dan Jay M Gambetta. Buka bahasa assembly kuantum. pracetak arXiv arXiv: 1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation, dan Jay M Gambetta. Memvalidasi komputer kuantum menggunakan sirkuit model acak. Tinjauan Fisik 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, and Moinuddin Qureshi. Kasus untuk komputer kuantum multi-pemrograman. Dalam Proceedings of the 52nd Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture, halaman 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, and Pavel Lougski. Komputasi kuantum awan dari inti atom. Surat tinjauan fisik, 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, and Rainer Blatt. Mengkarakterisasi komputer kuantum skala besar melalui pembandingan siklus. Komunikasi alam, 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 dkk. Qiskit: Kerangka kerja sumber terbuka untuk komputasi kuantum. 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, dkk. Karakterisasi kemampuan pengalamatan dengan pembandingan acak simultan. Surat tinjauan fisik, 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, and Frederic T Chong. Optimalisasi pengukuran simultan untuk aplikasi pemecah eigen kuantum variasional. Pada Konferensi Internasional IEEE 2020 tentang Komputasi dan Teknik Kuantum (QCE), halaman 379–390. IEEE, 2020. https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054.
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi dan Taman Jongsoo. Pendekatan dua langkah untuk menjadwalkan sirkuit kuantum. Sains dan Teknologi Kuantum, 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, and Jay M Gambetta. Pembelajaran terawasi dengan ruang fitur yang ditingkatkan kuantum. Alam, 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, and Atsushi Matsuo. Optimalisasi pemetaan sirkuit kuantum menggunakan transformasi gerbang dan pergantian. Integrasi, 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, and Jay M Gambetta. Pemecah eigen kuantum variasional yang efisien perangkat keras untuk molekul kecil dan magnet kuantum. Alam, 549 (7671): 242–246, 2017. https:///doi.org/10.1038/nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[20] Iordanis Kerenidis dan Anupam Prakash. Penurunan gradien kuantum untuk sistem linier dan kuadrat terkecil. Tinjauan Fisik 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, dkk. Menuju kimia kuantum pada komputer kuantum. Kimia alam, 2 (2): 106–111, 2010. https:///doi.org/10.1038/nchem.483.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nchem.483

[22] Gushu Li, Yufei Ding, dan Yuan Xie. Mengatasi masalah pemetaan qubit untuk perangkat kuantum era nisq. Dalam Prosiding Konferensi Internasional Kedua Puluh Empat tentang Dukungan Arsitektur untuk Bahasa Pemrograman dan Sistem Operasi, halaman 1001–1014, 2019. 10.1145/3297858.3304023.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304023

[23] Lei Liu dan Xinglei Dou. Qucloud: Mekanisme pemetaan qubit baru untuk komputasi kuantum multi-pemrograman di lingkungan cloud. Pada tahun 2021 IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA), halaman 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, and Andrew Houck. Penindasan crosstalk qubit dalam rangkaian superkonduktor kopling merdu. Tinjauan Fisik Terapan, 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, and Margaret Martonosi. Pemetaan kompiler adaptif kebisingan untuk komputer kuantum skala menengah yang berisik. Dalam Prosiding Konferensi Internasional Dua Puluh Empat tentang Dukungan Arsitektur untuk Bahasa Pemrograman dan Sistem Operasi, halaman 1015–1029, 2019. 10.1145/3297858.3304075.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi, and Ali Javadi-Abhari. Mitigasi perangkat lunak crosstalk pada komputer kuantum skala menengah yang berisik. Dalam Prosiding Konferensi Internasional Kedua Puluh Lima tentang Dukungan Arsitektur untuk Bahasa Pemrograman dan Sistem Operasi, halaman 1001–1016, 2020. https://doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3373376.3378477

[27] Siyuan Niu dan Aida Todri-Sanial. Menganalisis kesalahan crosstalk di era nisq. Pada tahun 2021 IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI (ISVLSI), halaman 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, and Aida Todri-Sanial. Heuristik sadar perangkat keras untuk masalah pemetaan qubit di era nisq. Transaksi IEEE pada Rekayasa Kuantum, 1: 1–14, 2020. 10.1109/TQE.2020.3026544.
https: / / doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3026544

[29] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh, dan Rodney Van Meter. Eksekusi sirkuit kuantum simultan pada sistem nisq saat ini dan masa depan. pracetak arXiv 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, dan Hristo N Djidjev. Anil kuantum paralel. Laporan Ilmiah, 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, and Jeremy L O'brien. Pemecah nilai eigen variasional pada prosesor kuantum fotonik. Komunikasi alam, 5: 4213, 2014. https:///doi.org/10.1038/ncomms5213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213%20(2014)

[32] John Preskill. Komputasi Kuantum di era NISQ dan seterusnya. Quantum, 2: 79, Agustus 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, and Kevin Young. Pembandingan acak langsung untuk perangkat multiqubit. Surat tinjauan fisik, 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, and Swamit Tannu. Mempercepat algoritma kuantum variasional menggunakan konkurensi sirkuit. pracetak arXiv arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen, and Robin Blume-Kohout. Mendeteksi kesalahan crosstalk dalam pemroses informasi kuantum. 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. Algoritme waktu polinomial untuk faktorisasi prima dan logaritma diskrit pada komputer kuantum. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484-1509, 1997. 10.1137 / S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[37] Bochen Tan dan Jason Cong. Studi optimalitas alat sintesis tata letak komputasi kuantum yang ada. Transaksi IEEE di Komputer, 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 dan Moinuddin K Qureshi. Tidak semua qubit dibuat sama: kasus untuk kebijakan sadar variabilitas untuk komputer kuantum era nisq. Dalam Prosiding Konferensi Internasional Dua Puluh Empat tentang Dukungan Arsitektur untuk Bahasa Pemrograman dan Sistem Operasi, halaman 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, dan R. Drechsler. RevLib: Sumber online untuk fungsi reversibel dan sirkuit reversibel. Di Int'l Symp. tentang Multi-Valued Logic, halaman 220–225, 2008. URL http:///www.revlib.org.
http:///www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer, dan Alwin Zulehner. Memetakan sirkuit kuantum ke arsitektur ibm qx menggunakan jumlah minimal operasi swap dan h. Pada ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC) ke-2019 tahun 56, halaman 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, and Yong-Xin Yao. Pemecah eigen kuantum variasi sirkuit dangkal berdasarkan partisi ruang hilbert yang terinspirasi simetri untuk perhitungan kimia kuantum. Penelitian Tinjauan Fisik, 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, dan Yang Yu. Interaksi zz kontras tinggi menggunakan qubit superkonduktor dengan anharmonisitas tanda berlawanan. Surat Tinjauan Fisik, 125 (20): 200503, 2020. https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503

Dikutip oleh

[1] Andrew Eddins, Mario Motta, Tanvi P. Gujarati, Sergey Bravyi, Antonio Mezzacapo, Charles Hadfield, dan Sarah Sheldon, "Menggandakan Ukuran Simulator Kuantum dengan Penempaan Keterikatan", PRX Kuantum 3 1, 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu dan Aida Todri-Sanial, "Pengaruh Decoupling Dinamis dan Pengoptimalan Tingkat Pulsa pada IBM Quantum Computers", arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh dan Ashley Montanaro, "Mempercepat pemecah eigen kuantum variasional menggunakan paralelisme", arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh, dan Rodney Van Meter, “Eksekusi simultan sirkuit kuantum pada sistem NISQ saat ini dan masa depan”, arXiv: 2112.07091, (2021).

[5] Siyuan Niu dan Aida Todri-Sanial, “Pembandingan Lintas Platform Multi-pemrograman untuk Perangkat Keras Komputasi Kuantum”, arXiv: 2206.03144, (2022).

[6] Siyuan Niu dan Aida Todri-Sanial, “Bagaimana Eksekusi Sirkuit Paralel Dapat Berguna untuk Komputasi NISQ?”, arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Taman Gilchan, Kun Zhang, Kwangmin Yu, dan Vladimir Korepin, “Pemrograman multi-kuantum untuk pencarian Grover”, Pemrosesan Informasi Quantum 22 1, 54 (2023).

[8] Elia Pelofske, Georg Hahn, dan Hristo N. Djidjev, "Dinamika Kebisingan Quantum Annealer: Memperkirakan Kebisingan Efektif Menggunakan Idle Qubits", arXiv: 2209.05648, (2022).

[9] Evan E. Dobbs, Robert Basmadjian, Alexandru Paler, dan Joseph S. Friedman, “Pertukaran Cepat dalam Pengganda Kuantum yang Dimodelkan sebagai Jaringan Antrean”, arXiv: 2106.13998, (2021).

Kutipan di atas berasal dari SAO / NASA ADS (terakhir berhasil diperbarui, 2023-02-17 00:11:37). Daftar ini mungkin tidak lengkap karena tidak semua penerbit menyediakan data kutipan yang cocok dan lengkap.

On Layanan dikutip-oleh Crossref tidak ada data tentang karya mengutip ditemukan (upaya terakhir 2023-02-17 00:11:35).

Makalah ini diterbitkan dalam Quantum di bawah Creative Commons Attribution 4.0 Internasional (CC BY 4.0) lisensi. Hak cipta tetap berada pada pemegang hak cipta asli seperti penulis atau lembaganya.

Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
Sumber: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Stempel Waktu: Februari 16, 2023

Stempel Waktu: September 8, 2022

Mengaktifkan Mekanisme Multi-pemrograman untuk Komputasi Kuantum di Era NISQ

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Abstrak

► data BibTeX

► Referensi

Dikutip oleh

Lebih dari Jurnal Kuantum

Dataran tandus dalam pengoptimalan jaringan tensor kuantum

Tomografi Keadaan Kuantum Adaptif dengan Pembelajaran Aktif

Pelebaran waktu kuantum dalam medan gravitasi

Kapan sebuah partikel tiba?

Perkiraan energi keadaan dasar yang kuat terhadap kebisingan dari sirkuit kuantum yang dalam

Kontekstualitas Kuantum

Mendekati saluran kuantum dengan peta yang sepenuhnya positif dengan peringkat Kraus kecil

Korelasi Kuantum dalam Skenario Minimal

Estimasi simultan beberapa nilai eigen dengan sirkuit kuantum kedalaman pendek pada komputer kuantum toleran kesalahan awal

Mesin termal kuantum yang diperbarui secara berkala

Tentang Kami

Pencarian Vertikal & Ai

Platform

Tetap Berhubung

Akun