Activarea mecanismului de programare multiplă pentru calculul cuantic în era NISQ

Republicat de Platon

Urmaritori: 0

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

¹LIRMM, Universitatea din Montpellier, 34095 Montpellier, Franța
²LIRMM, Universitatea din Montpellier, 34095 Montpellier, CNRS, Franța
³Universitatea de Tehnologie Eindhoven, 5612 AE, Eindhoven, Țările de Jos

Găsiți această lucrare interesant sau doriți să discutați? Scite sau lasă un comentariu la SciRate.

Abstract

Dispozitivele NISQ au mai multe limitări fizice și operațiuni cuantice zgomotoase inevitabile și numai circuite mici pot fi executate pe o mașină cuantică pentru a obține rezultate fiabile. Acest lucru duce la problema subutilizarii hardware-ului cuantic. Aici, abordăm această problemă și îmbunătățim debitul hardware cuantic propunând un Compilator de programare multiplă cuantică (QuMC) pentru a executa simultan mai multe circuite cuantice pe hardware cuantic. Această abordare poate reduce, de asemenea, durata totală de rulare a circuitelor. Introducem mai întâi un manager de paralelism pentru a selecta un număr adecvat de circuite care să fie executate în același timp. În al doilea rând, prezentăm doi algoritmi diferiți de partiționare qubit pentru a aloca partiții fiabile mai multor circuite - una lacomă și una euristică. În al treilea rând, folosim protocolul Simultaneous Randomized Benchmarking pentru a caracteriza proprietățile de diafonie și pentru a le considera în procesul de partiție cu qubit pentru a evita efectul de diafonie în timpul execuțiilor simultane. În cele din urmă, îmbunătățim algoritmul de tranziție de mapare pentru a face circuitele executabile pe hardware folosind un număr redus de porți introduse. Demonstrăm performanța abordării noastre QuMC prin executarea simultană a circuitelor de diferite dimensiuni pe hardware-ul cuantic IBM. De asemenea, investigăm această metodă pe algoritmul VQE pentru a-i reduce supraîncărcarea.

► Date BibTeX

@article{Niu2023enablingmulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, title = {Activarea { Mecanism de programare multiplă pentru {Quantum {C}omputing în {NISQ} {E}ra}, autor = {Niu, Siyuan și Todri-Sanial, Aida}, jurnal = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, publisher = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volum = {7}, pagini = {925}, luna = feb, an = {2023} }

► Referințe

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam și Swaroop Ghosh. Analiza diafoniei în dispozitivele nisq și implicațiile de securitate în regimul de multi-programare. În Proceedings of the ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design, paginile 25–30, 2020a. https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam și Swaroop Ghosh. Caracterizarea experimentală, modelarea și analiza diafoniei într-un computer cuantic. Tranzacții IEEE privind inginerie cuantică, 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 și colab. Tomografia cuantică prin proces a unei porți universale de încurcare implementată cu qubiți de fază Josephson. 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 Cicio și Patrick Coles. Rezolvator liniar cuantic variațional: un algoritm hibrid pentru sisteme liniare. Buletinul Societății Americane de Fizică, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] Un Robert Calderbank și Peter W Shor. Există coduri bune de corectare a erorilor cuantice. 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 Cicio și colab. Algoritmi cuantici variaționali. 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 și Stephen Brierley. Măsurarea cuantică eficientă a operatorilor pauli în prezența erorii finite de eșantionare. 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 și Jay M Gambetta. Limbaj de asamblare cuantic deschis. arXiv preprint arXiv: 1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation și Jay M Gambetta. Validarea calculatoarelor cuantice folosind circuite model randomizate. 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 și Moinuddin Qureshi. Un caz pentru calculatoare cuantice multi-programare. În Proceedings of the 52th Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture, paginile 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 și Pavel Lougovski. Calcularea cuantică în cloud a unui nucleu atomic. Scrisori de revizuire fizică, 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 și Rainer Blatt. Caracterizarea calculatoarelor cuantice la scară largă prin compararea ciclului. 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 și colab. Qiskit: Un cadru open-source pentru calculul cuantic. 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 și colab. Caracterizarea adresabilității prin benchmarking randomizat simultan. Scrisori de revizuire fizică, 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 și Frederic T Chong. Optimizarea măsurătorilor simultane pentru aplicații cuantice variaționale de soluție proprie. În 2020, IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), paginile 379–390. IEEE, 2020. https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054.
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi și Jongsoo Park. Abordare în două etape pentru programarea circuitelor cuantice. 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 și Jay M Gambetta. Învățare supravegheată cu spații de caracteristici îmbunătățite cuantic. 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 și Atsushi Matsuo. Optimizarea mapării circuitelor cuantice folosind transformarea și comutația de poartă. Integrare, 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 și Jay M Gambetta. Eigensolver cuantic variațional eficient din punct de vedere hardware pentru molecule mici și magneți cuantici. Nature, 549 (7671): 242–246, 2017. https:///doi.org/10.1038/nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[20] Iordanis Kerenidis și Anupam Prakash. Coborâre a gradientului cuantic pentru sisteme liniare și cele mai mici pătrate. Revista fizică 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 și colab. Către chimia cuantică pe un computer cuantic. 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 și Yuan Xie. Abordarea problemei mapării qubit pentru dispozitivele cuantice din era nisq. În Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, paginile 1001–1014, 2019. 10.1145/3297858.3304023.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304023

[23] Lei Liu și Xinglei Dou. Qucloud: Un nou mecanism de mapare qubit pentru calcularea cuantică cu programare multiplă în mediul cloud. În 2021, Simpozionul internațional IEEE privind arhitectura computerelor de înaltă performanță (HPCA), paginile 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 și Andrew Houck. Suprimarea diafoniei qubit într-un circuit supraconductor de cuplare reglabil. Revizuirea fizică aplicată, 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 și Margaret Martonosi. Mapări ale compilatorului adaptabile la zgomot pentru calculatoare cuantice zgomotoase la scară intermediară. În Proceedings of the Twenty-Furth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, paginile 1015–1029, 2019. 10.1145/3297858.3304075.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi și Ali Javadi-Abhari. Atenuarea software-ului de diafonie pe computerele cuantice zgomotoase la scară intermediară. În Proceedings of the Twenty-Fifth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, paginile 1001–1016, 2020. https:///doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3373376.3378477

[27] Siyuan Niu și Aida Todri-Sanial. Analizând eroarea de diafonie în era nisq. În 2021 IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI (ISVLSI), paginile 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 și Aida Todri-Sanial. O euristică conștientă de hardware pentru problema maparii qubit în era 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 și Rodney Van Meter. Execuție simultană de circuite cuantice pe sisteme nisq actuale și viitoare. 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 și Hristo N Djidjev. Recoacere cuantică paralelă. Rapoarte științifice, 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 și Jeremy L O'brien. Un rezolvator de valori proprii variaționale pe un procesor cuantic fotonic. Nature communications, 5: 4213, 2014. https:///doi.org/10.1038/ncomms5213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213%20(2014)

[32] John Preskill. Calculul cuantic în era NISQ și nu numai. Quantum, 2: 79, august 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 și Kevin Young. Benchmarking direct randomizat pentru dispozitive multiqubit. Scrisori de revizuire fizică, 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 și Swamit Tannu. Accelerarea algoritmilor cuantici variaționali folosind concurența circuitelor. arXiv preprint arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen și Robin Blume-Kohout. Detectarea erorilor de diafonie în procesoarele de informații cuantice. 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. Algoritmi de timp polinomial pentru factorizarea primă și logaritmi discreți pe un computer cuantic. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484-1509, 1997. 10.1137 / S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[37] Bochen Tan și Jason Cong. Studiu de optimizare a instrumentelor de sinteză a layout-ului de calcul cuantic existente. 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 și Moinuddin K Qureshi. Nu toți qubiții sunt creați egali: un caz pentru politicile conștiente de variabilitate pentru calculatoarele cuantice din era nisq. În Proceedings of the987th International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, paginile 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 și R. Drechsler. RevLib: O resursă online pentru funcții reversibile și circuite reversibile. În Int'l Symp. on Multi-Valued Logic, paginile 220–225, 2008. URL http:///www.revlib.org.
http:///www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer și Alwin Zulehner. Maparea circuitelor cuantice la arhitecturi ibm qx utilizând numărul minim de operațiuni swap și h. În 2019, a 56-a conferință ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), paginile 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 și Yong-Xin Yao. Soluție proprie cuantică variațională cu circuit superficial bazată pe partiționarea spațiului Hilbert inspirată de simetrie pentru calcule chimice cuantice. 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 și Yang Yu. Interacțiune zz cu contrast ridicat folosind qubiți supraconductori cu anarmonicitate cu semn opus. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503

Citat de

[1] Andrew Eddins, Mario Motta, Tanvi P. Gujarati, Sergey Bravyi, Antonio Mezzacapo, Charles Hadfield și Sarah Sheldon, „Dublarea dimensiunii simulatoarelor cuantice prin forjarea încurcăturii”, PRX Quantum 3 1, 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu și Aida Todri-Sanial, „Efectele decuplării dinamice și optimizărilor la nivel de puls pe computerele cuantice IBM”, arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh și Ashley Montanaro, „Accelerating the variational quantum eigensolver using parallelism”, arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh și Rodney Van Meter, „Execuția simultană a circuitelor cuantice pe sisteme NISQ actuale și viitoare”, arXiv: 2112.07091, (2021).

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

[6] Siyuan Niu și Aida Todri-Sanial, „Cum poate fi utilă execuția circuitelor paralele pentru calculul NISQ?”, arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu și Vladimir Korepin, „Quantum multi-programare pentru căutarea lui Grover”, Prelucrarea cuantică a informațiilor 22 1, 54 (2023).

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

Citatele de mai sus sunt din ADS SAO / NASA (ultima actualizare cu succes 2023-02-17 00:11:37). Lista poate fi incompletă, deoarece nu toți editorii furnizează date de citare adecvate și complete.

On Serviciul citat de Crossref nu s-au găsit date despre citarea lucrărilor (ultima încercare 2023-02-17 00:11:35).

Acest Lucru este publicat în Quantum sub Creative Commons Atribuire 4.0 internațională (CC BY 4.0) licență. Drepturile de autor rămân la deținătorii de drepturi de autor originale, precum autorii sau instituțiile lor.

Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
Sursa: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Timestamp-ul: 16 Februarie 2023

Timestamp-ul: Noiembrie 28, 2023

Activarea mecanismului de programare multiplă pentru calculul cuantic în era NISQ

Republicat de Platon

Abstract

► Date BibTeX

► Referințe

Citat de

Mai mult de la Jurnalul cuantic

Corectarea erorilor neindependente și nedistribuite identic cu codurile de suprafață

Axiome pentru retrodicție: realizarea simetriei inversării timpului cu un prior

Platouri sterile în optimizarea rețelei cu tensori cuantici

Codurile de produs Quantum Reed-Muller Tensor asistate de încurcare

Optimizarea algoritmilor cuantici variaționali cu qBang: împletirea eficientă a metricii și a impulsului pentru a naviga pe peisaje energetice plate

Incompatibilitatea instrumentelor cuantice

Faptele relative ale mecanicii cuantice relaționale sunt incompatibile cu mecanica cuantică

Experimente de stabilitate: dublul trecut cu vederea experimentelor de memorie

Măsurătorile de energie rămân optime din punct de vedere termometric dincolo de cuplarea slabă

Despre noi

Căutare verticală și Ai

Platformă

Rămâneți conectat

Cont