Multiprogrammeringsmechanisme mogelijk maken voor kwantumcomputers in het NISQ-tijdperk

Heruitgegeven door Plato

volgers: 0

Multiprogrammeringsmechanisme voor kwantumcomputing mogelijk maken in het NISQ-tijdperk PlatoBlockchain Data Intelligence. Verticaal zoeken. Ai.

¹LIRMM, Universiteit van Montpellier, 34095 Montpellier, Frankrijk
²LIRMM, Universiteit van Montpellier, 34095 Montpellier, CNRS, Frankrijk
³Technische Universiteit Eindhoven, 5612 AE, Eindhoven, Nederland

Vind je dit artikel interessant of wil je het bespreken? Scite of laat een reactie achter op SciRate.

Abstract

NISQ-apparaten hebben verschillende fysieke beperkingen en onvermijdelijke kwantumbewerkingen met veel ruis, en alleen kleine circuits kunnen op een kwantummachine worden uitgevoerd om betrouwbare resultaten te krijgen. Dit leidt tot het probleem van onderbenutting van de kwantumhardware. Hier pakken we dit probleem aan en verbeteren we de doorvoer van kwantumhardware door een Quantum Multi-programming Compiler (QuMC) voor te stellen om meerdere kwantumcircuits tegelijkertijd op kwantumhardware uit te voeren. Deze benadering kan ook de totale looptijd van circuits verkorten. We introduceren eerst een parallellismemanager om een geschikt aantal circuits te selecteren die tegelijkertijd moeten worden uitgevoerd. Ten tweede presenteren we twee verschillende qubit-partitioneringsalgoritmen om betrouwbare partities toe te wijzen aan meerdere circuits: een hebzuchtige en een heuristische. Ten derde gebruiken we het Simultaneous Randomized Benchmarking-protocol om de crosstalk-eigenschappen te karakteriseren en deze in overweging te nemen in het qubit-partitieproces om het crosstalk-effect tijdens gelijktijdige uitvoeringen te voorkomen. Ten slotte verbeteren we het mapping-overgangsalgoritme om circuits uitvoerbaar te maken op hardware met een kleiner aantal ingevoegde poorten. We demonstreren de prestaties van onze QuMC-aanpak door tegelijkertijd circuits van verschillende groottes uit te voeren op IBM-kwantumhardware. We onderzoeken deze methode ook op het VQE-algoritme om de overhead te verminderen.

► BibTeX-gegevens

@article{Niu2023enablingmulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, title = {Inschakelen { M}ulti-programmering {M}mechanisme voor {Q}uantum {C}omputing in de {NISQ} {E}ra}, auteur = {Niu, Siyuan en Todri-Sanial, Aida}, tijdschrift = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, uitgever = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volume = {7}, pages = {925}, month = feb, year = {2023} }

► Referenties

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam en Swaroop Ghosh. Analyse van overspraak in nisq-apparaten en beveiligingsimplicaties in multi-programmeringsregime. In Proceedings of the ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design, pagina's 25-30, 2020a. https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam en Swaroop Ghosh. Experimentele karakterisering, modellering en analyse van overspraak in een kwantumcomputer. IEEE-transacties op 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, et al. Kwantumprocestomografie van een universele verstrengelingspoort geïmplementeerd met josephson-fasequbits. Natuurfysica, 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 en Patrick Coles. Variationele kwantumlineaire oplosser: een hybride algoritme voor lineaire systemen. Bulletin van de American Physical Society, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] Een Robert Calderbank en Peter W Shor. Er bestaan goede kwantumfoutcorrectiecodes. 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, et al. Variatie kwantumalgoritmen. 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 en Stephen Brierley. Efficiënte kwantummeting van Pauli-operatoren in de aanwezigheid van een eindige bemonsteringsfout. 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 en Jay M Gambetta. Open kwantumassemblagetaal. arXiv-voordruk arXiv: 1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation en Jay M Gambetta. Quantumcomputers valideren met behulp van gerandomiseerde modelcircuits. Fysieke beoordeling 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 en Moinuddin Qureshi. Een zaak voor multi-programmerende kwantumcomputers. In Proceedings of the 52nd Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture, pagina's 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 en Pavel Lougovski. Cloud quantum computing van een atoomkern. Fysieke beoordelingsbrieven, 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 en Rainer Blatt. Karakterisering van grootschalige kwantumcomputers via cyclusbenchmarking. Natuurcommunicatie, 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: een open-source framework voor kwantumcomputing. https:///qiskit.org/, 2019.
https: / / qiskit.org/

[14] Jay M Gambetta, AD Corcoles, Seth T Merkel, Blake R Johnson, John A Smolin, Jerry M Chow, Colm A Ryan, Chad Rigetti, S Poletto, Thomas A Ohki, et al. Karakterisering van adresseerbaarheid door gelijktijdige gerandomiseerde benchmarking. Fysieke beoordelingsbrieven, 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 en Frederic T Chong. Optimalisatie van simultane meting voor variatie-quantum eigensolver-toepassingen. In 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), pagina's 379-390. IEEE, 2020. https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054.
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi en Jongsoo-park. Tweestapsbenadering voor het plannen van kwantumcircuits. Kwantumwetenschap en -technologie, 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 Corcoles, Kristan Temme, Aram W Harrow, Abhinav Kandala, Jerry M Chow en Jay M Gambetta. Begeleid leren met kwantumverbeterde functieruimten. Natuur, 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 en Atsushi Matsuo. Optimalisatie van het in kaart brengen van kwantumcircuits met behulp van poorttransformatie en commutatie. Integratie, 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 en Jay M Gambetta. Hardware-efficiënte variatie kwantum eigensolver voor kleine moleculen en kwantummagneten. Natuur, 549 (7671): 242–246, 2017. https:///doi.org/10.1038/nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[20] Iordanis Kerenidis en Anupam Prakash. Kwantumgradiëntafdaling voor lineaire systemen en kleinste kwadraten. Fysieke beoordeling 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, et al. Op weg naar kwantumchemie op een kwantumcomputer. Natuurchemie, 2 (2): 106–111, 2010. https:///doi.org/10.1038/nchem.483.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nchem.483

[22] Gushu Li, Yufei Ding en Yuan Xie. Het probleem van qubit-mapping aanpakken voor kwantumapparaten uit het nisq-tijdperk. In Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pagina's 1001–1014, 2019. 10.1145/3297858.3304023.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304023

[23] Lei Liu en Xinglei Dou. Qucloud: een nieuw qubit-toewijzingsmechanisme voor het multiprogrammeren van kwantumcomputing in een cloudomgeving. In 2021 IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA), pagina's 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 en Andrew Houck. Onderdrukking van qubit-overspraak in een supergeleidend circuit met afstembare koppeling. 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 en Margaret Martonosi. Ruisadaptieve compilertoewijzingen voor lawaaierige kwantumcomputers op gemiddelde schaal. In Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pagina's 1015–1029, 2019. 10.1145/3297858.3304075.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C. McKay, Margaret Martonosi en Ali Javadi-Abhari. Softwarematige beperking van overspraak op lawaaierige kwantumcomputers van gemiddelde schaal. In Proceedings of the Twenty-Fifth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pagina's 1001-1016, 2020. https:///doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3373376.3378477

[27] Siyuan Niu en Aida Todri-Sanial. Overspraakfout analyseren in het nisq-tijdperk. In 2021 IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI (ISVLSI), pagina's 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 en Aida Todri-Sanial. Een hardware-bewuste heuristiek voor het qubit mapping probleem in het nisq-tijdperk. 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 en Rodney Van Meter. Gelijktijdige uitvoering van kwantumcircuits op huidige en nabije toekomstige nisq-systemen. 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 en Hristo N Djidjev. Parallelle kwantumgloeiing. 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 en Jeremy L O'brien. Een variatie-eigenwaardeoplosser op een fotonische kwantumprocessor. 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 in het NISQ-tijdperk en daarna. Quantum, 2:79, augustus 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 en Kevin Young. Directe gerandomiseerde benchmarking voor multiqubit-apparaten. Fysieke beoordelingsbrieven, 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 en Swamit Tannu. Versnelling van variatie-kwantumalgoritmen met behulp van circuitconcurrency. arXiv voordruk arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen en Robin Blume-Kohout. Detectie van overspraakfouten in kwantuminformatieprocessors. 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. Polynoom-tijdalgoritmen voor priemfactorisatie en discrete logaritmen op een kwantumcomputer. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484-1509, 1997. 10.1137 / S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[37] Bochen Tan en Jason Cong. Optimaliteitsstudie van bestaande hulpmiddelen voor lay-outsynthese van kwantumcomputing. IEEE-transacties op 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 en Moinuddin K Qureshi. Niet alle qubits zijn gelijk gemaakt: een pleidooi voor variabiliteitsbewust beleid voor kwantumcomputers uit het nisq-tijdperk. In Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, pagina's 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 en R. Drechsler. RevLib: een online bron voor omkeerbare functies en omkeerbare circuits. In Int'l Symp. op Multi-Valued Logic, pagina's 220-225, 2008. URL http://www.revlib.org.
http://www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer en Alwin Zulehner. Quantumcircuits toewijzen aan ibm qx-architecturen met behulp van het minimale aantal swap- en h-bewerkingen. In 2019 56e ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), pagina's 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 en Yong-Xin Yao. Ondiepe circuit variatie kwantum eigensolver gebaseerd op symmetrie-geïnspireerde hilbert-ruimteverdeling voor kwantumchemische berekeningen. 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 en Yang Yu. Zz-interactie met hoog contrast met behulp van supergeleidende qubits met anharmoniciteit met tegengesteld teken. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503

Geciteerd door

[1] Andrew Eddins, Mario Motta, Tanvi P. Gujarati, Sergey Bravyi, Antonio Mezzacapo, Charles Hadfield en Sarah Sheldon, "Verdubbeling van de grootte van kwantumsimulators door verstrengeling te smeden", PRX Quantum 3 1, 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu en Aida Todri-Sanial, "Effecten van dynamische ontkoppeling en pulsniveau-optimalisaties op IBM Quantum Computers", arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh en Ashley Montanaro, "Versnelling van de variatie kwantum eigensolver met behulp van parallellisme", arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh en Rodney Van Meter, "Gelijktijdige uitvoering van kwantumcircuits op huidige en nabije toekomstige NISQ-systemen", arXiv: 2112.07091, (2021).

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

[6] Siyuan Niu en Aida Todri-Sanial, "Hoe parallelle circuituitvoering nuttig kan zijn voor NISQ-computing?", arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu en Vladimir Korepin, "Quantum multi-programmering voor Grover's zoektocht", Quantum-informatieverwerking 22 1, 54 (2023).

[8] Elijah Pelofske, Georg Hahn en Hristo N. Djidjev, "Ruisdynamiek van kwantumgloeiers: schatting van het effectieve geluid met behulp van inactieve qubits", arXiv: 2209.05648, (2022).

[9] Evan E. Dobbs, Robert Basmadjian, Alexandru Paler en Joseph S. Friedman, "Fast Swapping in a Quantum Multiplier Modeled as a Queuing Network", arXiv: 2106.13998, (2021).

Bovenstaande citaten zijn afkomstig van SAO / NASA ADS (laatst bijgewerkt met succes 2023-02-17 00:11:37). De lijst is mogelijk onvolledig omdat niet alle uitgevers geschikte en volledige citatiegegevens verstrekken.

On De door Crossref geciteerde service er zijn geen gegevens gevonden over het citeren van werken (laatste poging 2023-02-17 00:11:35).

Dit artikel is gepubliceerd in Quantum onder de Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationaal (CC BY 4.0) licentie. Het auteursrecht blijft berusten bij de oorspronkelijke houders van auteursrechten, zoals de auteurs of hun instellingen.

Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
Bron: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Tijdstempel: 16 februari 2023

Tijdstempel: 28 november 2023

Multi-programmeermechanisme mogelijk maken voor Quantum Computing in het NISQ-tijdperk

Heruitgegeven door Plato

Abstract

► BibTeX-gegevens

► Referenties

Geciteerd door

Meer van Quantum Journaal

Het corrigeren van niet-onafhankelijke en niet-identiek verdeelde fouten met oppervlaktecodes

Axioma's voor retrodictie: het bereiken van tijdomkeersymmetrie met een prior

Onvruchtbare plateaus bij optimalisatie van kwantumtensornetwerken

Verstrikkingsondersteunde Quantum Reed-Muller Tensor-productcodes

Variationele kwantumalgoritmen optimaliseren met qBang: efficiënt metriek en momentum verweven om door vlakke energielandschappen te navigeren

Incompatibiliteit van kwantuminstrumenten

Relatieve feiten van relationele kwantummechanica zijn onverenigbaar met kwantummechanica

Stabiliteitsexperimenten: de over het hoofd geziene dubbele geheugenexperimenten

Energiemetingen blijven thermometrisch optimaal, afgezien van een zwakke koppeling

Over Ons

Verticaal zoeken & Ai

Platform

Blijf verbonden

Account