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

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

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

¹LIRMM, Univerza v Montpellieru, 34095 Montpellier, Francija
²LIRMM, Univerza v Montpellieru, 34095 Montpellier, CNRS, Francija
³Eindhoven University of Technology, 5612 AE, Eindhoven, Nizozemska

Se vam zdi ta članek zanimiv ali želite razpravljati? Zaslišite ali pustite komentar na SciRate.

Minimalizem

Naprave NISQ imajo več fizičnih omejitev in neizogibnih hrupnih kvantnih operacij, na kvantnem stroju pa je mogoče izvesti le majhna vezja, da bi dobili zanesljive rezultate. To vodi do težave s premajhno izkoriščenostjo kvantne strojne opreme. Tukaj obravnavamo to težavo in izboljšamo prepustnost kvantne strojne opreme, tako da predlagamo kvantni večprogramski prevajalnik (QuMC) za hkratno izvajanje več kvantnih vezij na kvantni strojni opremi. Ta pristop lahko tudi zmanjša skupni čas delovanja vezij. Najprej uvedemo upravitelja vzporednosti, da izberemo ustrezno število vezij, ki se izvajajo hkrati. Drugič, predstavljamo dva različna algoritma particioniranja kubitov za dodelitev zanesljivih particij več vezjem – požrešnega in hevrističnega. Tretjič, uporabljamo protokol simultanega naključnega primerjalnega testiranja za karakterizacijo lastnosti preslušavanja in jih upoštevamo v procesu particije qubit, da se izognemo učinku preslušavanja med sočasnim izvajanjem. Nazadnje izboljšamo algoritem prehoda preslikave, da naredimo vezja izvršljiva na strojni opremi z uporabo zmanjšanega števila vstavljenih vrat. Učinkovitost našega pristopa QuMC prikazujemo s hkratnim izvajanjem vezij različnih velikosti na kvantni strojni opremi IBM. To metodo raziskujemo tudi na algoritmu VQE, da zmanjšamo njene stroške.

► BibTeX podatki

@article{Niu2023enablingmulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, title = {Omogočanje { M}večprogramski {M}mehanizem za {Q}kvantno {C}računalništvo v {NISQ} {E}ra}, avtor = {Niu, Siyuan in Todri-Sanial, Aida}, revija = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, založnik = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, obseg = {7}, strani = {925}, mesec = feb, leto = {2023} }

► Reference

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam in Swaroop Ghosh. Analiza preslušavanja v napravah nisq in varnostne posledice v večprogramskem režimu. V zborniku mednarodnega simpozija ACM/IEEE o elektroniki in oblikovanju nizke moči, strani 25–30, 2020a. https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam in Swaroop Ghosh. Eksperimentalna karakterizacija, modeliranje in analiza preslušavanja v kvantnem računalniku. 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, et al. Kvantna procesna tomografija univerzalnih zapletljivih vrat, implementiranih s kubiti josephsonove faze. 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 in Patrick Coles. Variacijski kvantni linearni reševalec: hibridni algoritem za linearne sisteme. Bilten Ameriškega fizikalnega društva, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] Robert Calderbank in Peter W Shor. Obstajajo dobre kvantne kode za popravljanje napak. 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. Variacijski kvantni algoritmi. 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 in Stephen Brierley. Učinkovito kvantno merjenje paulijevih operatorjev v prisotnosti končne napake vzorčenja. 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 in Jay M Gambetta. Odprite kvantni sestavni jezik. predtisk arXiv arXiv: 1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation in Jay M Gambetta. Validacija kvantnih računalnikov z uporabo naključnih modelnih vezij. 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 in Moinuddin Qureshi. Primer za večprogramske kvantne računalnike. V zborniku 52. letnega mednarodnega simpozija IEEE/ACM o mikroarhitekturi, strani 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 in Pavel Lougovski. Kvantno računalništvo v oblaku atomskega jedra. 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 in Rainer Blatt. Karakterizacija velikih kvantnih računalnikov s primerjalno analizo ciklov. 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: odprtokodno ogrodje za kvantno računalništvo. 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, et al. Karakterizacija naslovljivosti s sočasnim naključnim primerjanjem. 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 in Frederic T Chong. Optimizacija sočasnih meritev za aplikacije variacijskega kvantnega lastnega reševalca. Leta 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), strani 379–390. IEEE, 2020. https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054.
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi in Jongsoo Park. Dvostopenjski pristop k razporejanju kvantnih vezij. Kvantna znanost in tehnologija, 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 in Jay M Gambetta. Nadzorovano učenje s kvantno izboljšanimi prostori funkcij. Narava, 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 in Atsushi Matsuo. Optimizacija preslikave kvantnega vezja z uporabo transformacije vrat in komutacije. Integracija, 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 in Jay M Gambetta. Strojno učinkovit variacijski kvantni lastni reševalec za majhne molekule in kvantne magnete. Narava, 549 (7671): 242–246, 2017. https:///doi.org/10.1038/nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[20] Iordanis Kerenidis in Anupam Prakash. Kvantni gradientni spust za linearne sisteme in najmanjše kvadrate. 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, et al. Naproti kvantni kemiji na kvantnem računalniku. 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 in Yuan Xie. Reševanje problema preslikave kubitov za kvantne naprave iz obdobja nisq. V zborniku štiriindvajsete mednarodne konference o arhitekturni podpori za programske jezike in operacijske sisteme, strani 1001–1014, 2019. 10.1145/3297858.3304023.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304023

[23] Lei Liu in Xinglei Dou. Qucloud: nov mehanizem preslikave qubit za kvantno računalništvo z več programi v okolju oblaka. Na mednarodnem simpoziju IEEE o visokozmogljivi računalniški arhitekturi (HPCA) leta 2021, strani 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 in Andrew Houck. Zatiranje preslušavanja kubitov v nastavljivem sklopnem superprevodnem vezju. Applied Physical Review, 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 in Margaret Martonosi. Hrupu prilagodljive preslikave prevajalnika za hrupne kvantne računalnike vmesnega merila. V zborniku štiriindvajsete mednarodne konference o arhitekturni podpori za programske jezike in operacijske sisteme, strani 1015–1029, 2019. 10.1145/3297858.3304075.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi in Ali Javadi-Abhari. Programsko ublažitev preslušavanja na hrupnih kvantnih računalnikih srednjega obsega. V zborniku petindvajsete mednarodne konference o arhitekturni podpori za programske jezike in operacijske sisteme, strani 1001–1016, 2020. https://doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3373376.3378477

[27] Siyuan Niu in Aida Todri-Sanial. Analiza napake preslušavanja v dobi nisq. Na letnem simpoziju IEEE Computer Society o VLSI (ISVLSI) leta 2021, strani 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 in Aida Todri-Sanial. Hevristika, ki se zaveda strojne opreme, za problem preslikave kubitov v dobi 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 in Rodney Van Meter. Simultano izvajanje kvantnih vezij na trenutnih in bližnjih prihodnjih sistemih nisq. arXiv prednatis 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 in Hristo N Djidjev. Vzporedno kvantno žarjenje. Znanstvena poročila, 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 in Jeremy L O'brien. Variacijski reševalec lastnih vrednosti na fotonskem kvantnem procesorju. Nature Communications, 5: 4213, 2014. https:///doi.org/10.1038/ncomms5213 (2014).
https:///doi.org/10.1038/ncomms5213%20(2014)

[32] John Preskill. Kvantno računalništvo v dobi NISQ in pozneje. Quantum, 2: 79, avgust 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 in Kevin Young. Neposredno naključno primerjalno testiranje za naprave z več kubitov. Physical review letters, 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 in Swamit Tannu. Pospeševanje variacijskih kvantnih algoritmov z uporabo sočasnosti vezja. arXiv prednatis arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen in Robin Blume-Kohout. Odkrivanje napak preslušavanja v kvantnih informacijskih procesorjih. 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. Polinomsko-časovni algoritmi za razstavitev na prime in diskretne logaritme na kvantnem računalniku. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484–1509, 1997. 10.1137 / S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[37] Bochen Tan in Jason Cong. Študija optimalnosti obstoječih orodij za sintezo postavitve kvantnega računalništva. 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 in Moinuddin K. Qureshi. Niso vsi kubiti ustvarjeni enaki: primer politik, ki se zavedajo spremenljivosti, za kvantne računalnike iz obdobja nisq. V zborniku štiriindvajsete mednarodne konference o arhitekturni podpori za programske jezike in operacijske sisteme, strani 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 in R. Drechsler. RevLib: spletni vir za reverzibilne funkcije in reverzibilna vezja. V Int'l Symp. on Multi-Valued Logic, strani 220–225, 2008. URL http:///www.revlib.org.
http://www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer in Alwin Zulehner. Preslikava kvantnih vezij v arhitekture ibm qx z uporabo minimalnega števila operacij zamenjave in h. Na 2019. konferenci ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC) leta 56, strani 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 in Yong-Xin Yao. Variacijski kvantni lastni reševalec s plitkim krogom, ki temelji na razdelitvi Hilbertovega prostora, ki jo navdihuje simetrija, za kvantno kemijske izračune. 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 in Yang Yu. Visokokontrastna zz interakcija z uporabo superprevodnih kubitov z anharmoničnostjo nasprotnega predznaka. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503

Navedel

[1] Andrew Eddins, Mario Motta, Tanvi P. Gujarati, Sergey Bravyi, Antonio Mezzacapo, Charles Hadfield in Sarah Sheldon, »Podvojitev velikosti kvantnih simulatorjev s kovanjem prepletenosti«, PRX Quantum 3 1, 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu in Aida Todri-Sanial, »Učinki dinamičnega ločevanja in optimizacij na ravni impulzov na kvantnih računalnikih IBM«, arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh in Ashley Montanaro, "Pospeševanje variacijskega kvantnega lastnega reševalca z uporabo paralelizma", arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh in Rodney Van Meter, "Sočasno izvajanje kvantnih vezij na trenutnih in bližnjih prihodnjih sistemih NISQ", arXiv: 2112.07091, (2021).

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

[6] Siyuan Niu in Aida Todri-Sanial, »Kako je lahko izvajanje vzporednega vezja koristno za računalništvo NISQ?«, arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu in Vladimir Korepin, "Kvantno večprogramiranje za Groverjevo iskanje", Kvantna obdelava informacij 22 1, 54 (2023).

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

Zgornji citati so iz SAO / NASA ADS (zadnjič posodobljeno 2023-02-17 00:11:37). Seznam je morda nepopoln, saj vsi založniki ne dajejo ustreznih in popolnih podatkov o citiranju.

On Crossref je navedel storitev ni bilo najdenih podatkov o navajanju del (zadnji poskus 2023-02-17 00:11:35).

Ta dokument je objavljen v Quantumu pod Priznanje avtorstva Creative Commons 4.0 International (CC BY 4.0) licenca. Avtorske pravice ostajajo pri izvirnih imetnikih avtorskih pravic, kot so avtorji ali njihove ustanove.

Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
vir: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Časovni žig: Februar 16, 2023

Časovni žig: September 8, 2022

Omogočanje večprogramskega mehanizma za kvantno računalništvo v dobi NISQ

Ponovno objavil Platon

Minimalizem

► BibTeX podatki

► Reference

Navedel

Več od Quantum Journal

Goli platoji pri optimizaciji kvantnega tenzorskega omrežja

Prilagodljiva kvantna tomografija stanja z aktivnim učenjem

Kvantna dilatacija časa v gravitacijskem polju

Kdaj pride delec?

Ocene energije zemeljskega stanja, odporne na hrup, iz globokih kvantnih vezij

Kvantna kontekstualnost

Približevanje kvantnih kanalov s popolnoma pozitivnimi preslikavami z majhnim Krausovim rangom

Kvantne korelacije v minimalnem scenariju

Hkratna ocena več lastnih vrednosti s kvantnim vezjem kratke globine na zgodnjih kvantnih računalnikih, odpornih na napake

Periodično osveženi kvantni toplotni stroji

O nas

Navpično iskanje in Ai

Platforma

Ostanite povezani

Račun