Włączanie mechanizmu wieloprogramowego do obliczeń kwantowych w erze NISQ

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Włączanie mechanizmu wieloprogramowego dla obliczeń kwantowych w erze NISQ PlatoBlockchain Data Intelligence. Wyszukiwanie pionowe. AI.

¹LIRMM, Uniwersytet Montpellier, 34095 Montpellier, Francja
²LIRMM, Uniwersytet Montpellier, 34095 Montpellier, CNRS, Francja
³Politechnika w Eindhoven, 5612 AE, Eindhoven, Holandia

Czy ten artykuł jest interesujący czy chcesz dyskutować? Napisz lub zostaw komentarz do SciRate.

Abstrakcyjny

Urządzenia NISQ mają kilka fizycznych ograniczeń i nieuniknione hałaśliwe operacje kwantowe, a na maszynie kwantowej można wykonać tylko małe obwody, aby uzyskać wiarygodne wyniki. Prowadzi to do problemu niedostatecznego wykorzystania sprzętu kwantowego. Tutaj rozwiązujemy ten problem i poprawiamy przepustowość sprzętu kwantowego, proponując Quantum Multi-Programming Compiler (QuMC) do jednoczesnego wykonywania wielu obwodów kwantowych na sprzęcie kwantowym. Takie podejście może również skrócić całkowity czas pracy obwodów. Najpierw wprowadzamy menedżera równoległości, aby wybrać odpowiednią liczbę obwodów do wykonania w tym samym czasie. Po drugie, przedstawiamy dwa różne algorytmy partycjonowania kubitów do przydzielania niezawodnych partycji do wielu obwodów — zachłanny i heurystyczny. Po trzecie, używamy protokołu Simultaneous Randomized Benchmarking do scharakteryzowania właściwości przesłuchu i uwzględnienia ich w procesie podziału kubitu, aby uniknąć efektu przesłuchu podczas równoczesnych wykonań. Na koniec ulepszamy algorytm przejścia mapowania, aby obwody były wykonywane na sprzęcie przy użyciu zmniejszonej liczby wstawionych bramek. Demonstrujemy wydajność naszego podejścia QuMC, wykonując jednocześnie obwody o różnych rozmiarach na sprzęcie kwantowym IBM. Badamy również tę metodę na algorytmie VQE, aby zmniejszyć jej narzut.

► Dane BibTeX

@article{Niu2023enablemulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, title = {Włączanie { M}multi-programowanie {M}mechanizm dla {Q}uantum {C}obliczenia w {NISQ} {E}ra}, autor = {Niu, Siyuan i Todri-Sanial, Aida}, dziennik = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, wydawca = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, tom = {7}, pages = {925}, miesiąc = luty, rok = {2023} }

► Referencje

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam i Swaroop Ghosh. Analiza przesłuchów w urządzeniach nisq i implikacji bezpieczeństwa w reżimie wieloprogramowym. W Proceedings of the ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design, strony 25–30, 2020a. https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam i Swaroop Ghosh. Eksperymentalna charakterystyka, modelowanie i analiza przesłuchu w komputerze kwantowym. Transakcje IEEE dotyczące inżynierii kwantowej, 2020b. https:///doi.org/10.1109/TQE.2020.3023338.
https: // doi.org/ 10.1109 / TQE.2020.3023338

[3] Radosław C Białczak, Markus Ansmann, Max Hofheinz, Erik Lucero, Matthew Neeley, AD O'Connell, Daniel Sank, Haohua Wang, James Wenner, Matthias Steffen i in. Kwantowa tomografia procesowa uniwersalnej bramki splątanej zaimplementowanej za pomocą kubitów fazowych Josephsona. 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, Łukasz Cincio i Patrick Coles. Wariacyjny kwantowy liniowy solver: algorytm hybrydowy dla systemów liniowych. Biuletyn Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] Robert Calderbank i Peter W Shor. Istnieją dobre kody korekcji błędów kwantowych. Przegląd fizyczny 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, Łukasz Cincio i in. Wariacyjne algorytmy kwantowe. Nature Recenzje Fizyka, 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 i Stephen Brierley. Wydajny pomiar kwantowy operatorów Pauliego w obecności skończonego błędu próbkowania. 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 i Jay M. Gambetta. Otwarty język asemblera kwantowego. arXiv preprint arXiv: 1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation i Jay M Gambetta. Walidacja komputerów kwantowych przy użyciu losowych obwodów modelowych. Przegląd fizyczny 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 i Moinuddin Qureshi. Obudowa do wieloprogramowych komputerów kwantowych. W Proceedings of the 52nd Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture, strony 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 i Pavel Lougovski. Obliczenia kwantowe w chmurze jądra atomowego. Fizyczne listy przeglądowe, 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 i Rainer Blatt. Charakteryzowanie komputerów kwantowych na dużą skalę za pomocą testów porównawczych cykli. Komunikaty przyrodnicze, 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 i in. Qiskit: platforma typu open source do obliczeń kwantowych. 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 i in. Charakterystyka adresowalności za pomocą jednoczesnego randomizowanego testu porównawczego. Fizyczne listy przeglądowe, 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 i Frederic T Chong. Optymalizacja jednoczesnych pomiarów dla zastosowań wariacyjnych kwantowych rozwiązań własnych. W 2020 r. Międzynarodowa konferencja IEEE na temat obliczeń i inżynierii kwantowej (QCE), strony 379–390. IEEE, 2020. https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054.
https: // doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi i Jongsoo Park. Dwuetapowe podejście do szeregowania obwodów kwantowych. 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 i Jay M Gambetta. Nadzorowane uczenie się za pomocą przestrzeni cech ulepszonych kwantowo. 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 i Atsushi Matsuo. Optymalizacja mapowania obwodów kwantowych z wykorzystaniem transformacji bramek i komutacji. Integracja, 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 i Jay M Gambetta. Wydajne sprzętowo wariacyjne kwantowe narzędzie własne dla małych cząsteczek i magnesów kwantowych. Natura, 549 (7671): 242–246, 2017. https:///doi.org/10.1038/nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[20] Iordanisa Kerenidisa i Anupama Prakasha. Kwantowe zejście gradientowe dla układów liniowych i metodą najmniejszych kwadratów. Przegląd fizyczny 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 i in. W stronę chemii kwantowej na komputerze kwantowym. Chemia natury, 2 (2): 106–111, 2010. https:///doi.org/10.1038/nchem.483.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nchem.483

[22] Gushu Li, Yufei Ding i Yuan Xie. Rozwiązanie problemu mapowania kubitów dla urządzeń kwantowych ery nisq. W Proceedings of the XXIV International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, strony 1001–1014, 2019. 10.1145/3297858.3304023.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304023

[23] Lei Liu i Xinglei Dou. Qucloud: nowy mechanizm mapowania kubitów do wieloprogramowych obliczeń kwantowych w środowisku chmury. W 2021 r. Międzynarodowe sympozjum IEEE na temat architektury komputerów o wysokiej wydajności (HPCA), strony 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 i Andrew Houck. Tłumienie przesłuchu kubitowego w przestrajanym sprzężonym obwodzie nadprzewodzącym. Zastosowano przegląd fizyczny, 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 i Margaret Martonosi. Dostosowujące się do szumu mapowania kompilatora dla hałaśliwych komputerów kwantowych o średniej skali. W Proceedings of the XXIV International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, strony 1015–1029, 2019. 10.1145/3297858.3304075.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi i Ali Javadi-Abhari. Łagodzenie oprogramowania przesłuchów na hałaśliwych komputerach kwantowych o średniej skali. W Proceedings of the Twenty-fifth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, strony 1001–1016, 2020. https:///doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3373376.3378477

[27] Siyuan Niu i Aida Todri-Sanial. Analiza błędu przesłuchu w erze nisq. W 2021 IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI (ISVLSI), strony 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 i Aida Todri-Sanial. Heurystyka uwzględniająca sprzęt dla problemu mapowania kubitów w erze nisq. 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 i Rodney Van Meter. Jednoczesne wykonywanie obwodów kwantowych w obecnych i niedalekich systemach nisq. 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 i Hristo N Djidjev. Równoległe wyżarzanie kwantowe. Raporty naukowe, 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 i Jeremy L O'brien. Wariacyjny solver wartości własnej na fotonicznym procesorze kwantowym. Komunikaty natury, 5: 4213, 2014. https:///doi.org/10.1038/ncomms5213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213%20(2014)

[32] John Preskill. Obliczenia kwantowe w erze NISQ i nie tylko. Quantum, 2: 79, sierpień 2018 r. 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 i Kevin Young. Bezpośrednie randomizowane testy porównawcze dla urządzeń wielokubitowych. Fizyczne listy przeglądowe, 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 i Swamit Tannu. Przyspieszanie wariacyjnych algorytmów kwantowych z wykorzystaniem współbieżności obwodów. arXiv preprint arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen i Robin Blume-Kohout. Wykrywanie błędów przesłuchu w procesorach informacji kwantowej. 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. Algorytmy czasu wielomianowego do rozkładania na czynniki pierwsze i logarytmów dyskretnych na komputerze kwantowym. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484–1509, 1997. 10.1137 / S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[37] Bochen Tan i Jason Cong. Badanie optymalności istniejących narzędzi do syntezy układów obliczeń kwantowych. Transakcje IEEE na komputerach, 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 i Moinuddin K Qureshi. Nie wszystkie kubity są sobie równe: argument za zasadami uwzględniającymi zmienność dla komputerów kwantowych z epoki nisq. W Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, strony 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 i R. Drechsler. RevLib: Zasób online dotyczący funkcji odwracalnych i obwodów odwracalnych. W Int'l Symp. on Multi-Valued Logic, strony 220–225, 2008. URL http:///www.revlib.org.
http:///www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer i Alwin Zulehner. Mapowanie obwodów kwantowych na architektury IBM qx przy użyciu minimalnej liczby operacji swap i h. W 2019 r. 56th ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), strony 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 i Yong-Xin Yao. Płytkie obwody wariacyjne kwantowe rozwiązanie własne oparte na inspirowanym symetrią podziale przestrzeni Hilberta do obliczeń chemii kwantowej. 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 i Yang Yu. Oddziaływanie zz o wysokim kontraście przy użyciu kubitów nadprzewodzących z anharmonicznością przeciwnego znaku. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503

Cytowany przez

[1] Andrew Eddins, Mario Motta, Tanvi P. Gujarati, Sergey Bravyi, Antonio Mezzacapo, Charles Hadfield i Sarah Sheldon, „Podwojenie rozmiaru symulatorów kwantowych przez kucie splątania”, PRX Quantum 3 1, 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu i Aida Todri-Sanial, „Wpływ dynamicznego odsprzęgania i optymalizacji na poziomie impulsów na komputerach IBM Quantum”, arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh i Ashley Montanaro, „Przyspieszenie wariacyjnego kwantowego rozwiązania własnego za pomocą równoległości”, arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh i Rodney Van Meter, „Jednoczesne wykonywanie obwodów kwantowych w obecnych i bliskich przyszłości systemach NISQ”, arXiv: 2112.07091, (2021).

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

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

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu i Vladimir Korepin, „Wieloprogramowanie kwantowe do wyszukiwania Grovera”, Przetwarzanie informacji kwantowych 22 1, 54 (2023).

[8] Elijah Pelofske, Georg Hahn i Hristo N. Djidjev, „Dynamika szumów wyżarzaczy kwantowych: szacowanie efektywnego hałasu za pomocą bezczynnych kubitów”, arXiv: 2209.05648, (2022).

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

Powyższe cytaty pochodzą z Reklamy SAO / NASA (ostatnia aktualizacja pomyślnie 2023-02-17 00:11:37). Lista może być niekompletna, ponieważ nie wszyscy wydawcy podają odpowiednie i pełne dane cytowania.

On Serwis cytowany przez Crossref nie znaleziono danych na temat cytowania prac (ostatnia próba 2023-02-17 00:11:35).

Niniejszy artykuł opublikowano w Quantum pod Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe (CC BY 4.0) licencja. Prawa autorskie należą do pierwotnych właścicieli praw autorskich, takich jak autorzy lub ich instytucje.

Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
Źródło: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Znak czasu: 16 lutego 2023 r.

Znak czasu: Listopada 28, 2023

Włączanie mechanizmu wieloprogramowego dla obliczeń kwantowych w erze NISQ

Opublikowane ponownie przez Plato

Abstrakcyjny

► Dane BibTeX

► Referencje

Cytowany przez

Więcej z Dziennik kwantowy

Korygowanie błędów niezależnych i nieidentycznie rozłożonych za pomocą kodów powierzchni

Aksjomaty dla retrodykcji: osiągnięcie symetrii odwrócenia czasu z przeorem

Jałowe płaskowyże w optymalizacji sieci tensorów kwantowych

Kody produktów kwantowego tensora Reeda-Mullera wspomaganego splątaniem

Optymalizacja wariacyjnych algorytmów kwantowych za pomocą qBang: efektywne przeplatanie wskaźników i pędu w celu poruszania się po płaskich krajobrazach energetycznych

Niekompatybilność instrumentów kwantowych

Względne fakty relacyjnej mechaniki kwantowej są niezgodne z mechaniką kwantową

Eksperymenty stabilności: przeoczony podwójny eksperyment pamięci

Pomiary energii pozostają optymalne termometrycznie poza słabym sprzężeniem

O nas

Wyszukiwanie pionowe i AI

Platforma

Pozostań w kontakcie

Konto