Aktiverar multiprogrammeringsmekanism för kvantberäkning i NISQ-eran

Återutgiven av Platon

anhängare: 0

Aktiverar multiprogrammeringsmekanism för kvantberäkning i NISQ-eran PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertikal sökning. Ai.

¹LIRMM, University of Montpellier, 34095 Montpellier, Frankrike
²LIRMM, University of Montpellier, 34095 Montpellier, CNRS, Frankrike
³Eindhoven University of Technology, 5612 AE, Eindhoven, Nederländerna

Hitta det här uppsatsen intressant eller vill diskutera? Scite eller lämna en kommentar på SciRate.

Abstrakt

NISQ-enheter har flera fysiska begränsningar och oundvikliga bullriga kvantoperationer, och endast små kretsar kan exekveras på en kvantmaskin för att få tillförlitliga resultat. Detta leder till problemet med underutnyttjande av kvanthårdvara. Här tar vi itu med detta problem och förbättrar kvanthårdvarukapaciteten genom att föreslå en Quantum Multi-programming Compiler (QuMC) för att exekvera flera kvantkretsar på kvanthårdvara samtidigt. Detta tillvägagångssätt kan också minska den totala körtiden för kretsar. Vi introducerar först en parallellismhanterare för att välja ett lämpligt antal kretsar som ska exekveras samtidigt. För det andra presenterar vi två olika qubit-partitioneringsalgoritmer för att allokera tillförlitliga partitioner till flera kretsar – en girig och en heuristik. För det tredje använder vi Simultaneous Randomized Benchmarking-protokollet för att karakterisera överhörningsegenskaperna och beakta dem i qubit-partitionsprocessen för att undvika överhörningseffekten under samtidiga körningar. Slutligen förbättrar vi mappningsövergångsalgoritmen för att göra kretsar körbara på hårdvara med ett minskat antal insatta grindar. Vi demonstrerar prestandan för vår QuMC-metod genom att exekvera kretsar av olika storlekar på IBMs kvanthårdvara samtidigt. Vi undersöker också denna metod på VQE-algoritmen för att minska dess overhead.

► BibTeX-data

@article{Niu2023enablingmulti, doi = {10.22331/q-2023-02-16-925}, url = {https://doi.org/10.22331/q-2023-02-16-925}, title = {Enabling { M}multiprogrammering {M}mekanism för {Q}uantum {C}beräkning i {NISQ} {E}ra}, författare = {Niu, Siyuan och Todri-Sanial, Aida}, journal = {{Quantum}} , issn = {2521-327X}, utgivare = {{Verein zur F{“{o}}rderung des Open Access Publizierens in den Quantenwissenschaften}}, volym = {7}, sidor = {925}, månad = feb, år = {2023} }

► Referenser

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam och Swaroop Ghosh. Analys av överhörning i nisq-enheter och säkerhetsimplikationer i multiprogrammering. I Proceedings of ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design, sidorna 25–30, 2020a. https:///doi.org/10.1145/3370748.3406570.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam och Swaroop Ghosh. Experimentell karakterisering, modellering och analys av överhörning i en kvantdator. 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. Kvantprocestomografi av en universell intrasslingsport implementerad med josephson phase qubits. 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 och Patrick Coles. Variationskvantlinjär lösare: En hybridalgoritm för linjära system. Bulletin of the American Physical Society, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] A Robert Calderbank och Peter W Shor. Det finns bra kvantfelskorrigerande koder. 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. Varierande kvantalgoritmer. 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 och Stephen Brierley. Effektiv kvantmätning av pauli-operatorer i närvaro av ändliga samplingsfel. 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 och Jay M Gambetta. Öppna språk för kvantmontering. arXiv preprint arXiv: 1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation och Jay M Gambetta. Validering av kvantdatorer med hjälp av randomiserade modellkretsar. 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 och Moinuddin Qureshi. Ett fodral för multiprogrammering av kvantdatorer. I Proceedings of the 52nd Annual IEEE/ACM International Symposium on Microarchitecture, sidorna 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 och Pavel Lougovski. Molnkvantberäkning av en atomkärna. 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 och Rainer Blatt. Karakterisera storskaliga kvantdatorer via cykelbenchmarking. 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: Ett ramverk med öppen källkod för kvantberäkning. 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. Karakterisering av adresserbarhet genom samtidig randomiserad benchmarking. 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 och Frederic T Chong. Optimering av samtidig mätning för variationsmässiga kvantegenlösareapplikationer. 2020 IEEE International Conference on Quantum Computing and Engineering (QCE), sidorna 379–390. IEEE, 2020. https:///doi.org/10.1109/QCE49297.2020.00054.
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi och Jongsoo Park. Tvåstegsmetod för att schemalägga kvantkretsar. 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 och Jay M Gambetta. Övervakat lärande med kvantförbättrade funktionsutrymmen. 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 och Atsushi Matsuo. Optimering av kvantkretskartläggning med hjälp av grindtransformation och kommutering. Integration, 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 och Jay M Gambetta. Hårdvarueffektiv variationskvantumegenlösare för små molekyler och kvantmagneter. Nature, 549 (7671): 242–246, 2017. https://doi.org/10.1038/nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[20] Iordanis Kerenidis och Anupam Prakash. Quantum gradient descent för linjära system och minsta kvadrater. 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. Mot kvantkemi på en kvantdator. 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 och Yuan Xie. Ta itu med qubit-mappningsproblemet för nisq-erans kvantenheter. I Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, sidorna 1001–1014, 2019. 10.1145/3297858.3304023.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304023

[23] Lei Liu och Xinglei Dou. Qucloud: En ny qubit-mappningsmekanism för multiprogrammering av kvantberäkningar i molnmiljö. 2021 IEEE International Symposium on High-Performance Computer Architecture (HPCA), sidorna 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 och Andrew Houck. Undertryckning av qubit-överhörning i en avstämbar kopplingssupraledande krets. 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 och Margaret Martonosi. Brusadaptiva kompilatormappningar för bullriga kvantdatorer i mellanskalig skala. I Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, sidorna 1015–1029, 2019. 10.1145/3297858.3304075.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi och Ali Javadi-Abhari. Mjukvarulindring av överhörning på bullriga kvantdatorer i mellanskalig skala. I Proceedings of the Twenty-Fifth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, sidorna 1001–1016, 2020. https:///doi.org/10.1145/3373376.3378477.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3373376.3378477

[27] Siyuan Niu och Aida Todri-Sanial. Analyserar överhörningsfel i nisq-eran. År 2021 IEEE Computer Society Annual Symposium on VLSI (ISVLSI), sidorna 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 och Aida Todri-Sanial. En hårdvarumedveten heuristik för qubit-mappningsproblemet i nisq-eran. 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 och Rodney Van Meter. Samtidigt körs kvantkretsar på nuvarande och nära framtida nisq-system. 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 och Hristo N Djidjev. Parallell kvantglödgning. 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 och Jeremy L O’brien. En variabel egenvärdeslösare på en fotonisk kvantprocessor. 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 i NISQ-eran och därefter. Quantum, 2: 79, augusti 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 och Kevin Young. Direkt randomiserad benchmarking för multiqubit-enheter. 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 och Swamit Tannu. Accelerera variationskvantalgoritmer med kretssamtidighet. arXiv förtryck arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen och Robin Blume-Kohout. Upptäcker överhörningsfel i kvantinformationsprocessorer. 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. Polynom-tidsalgoritmer för primfaktorisering och diskreta logaritmer på en kvantdator. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484–1509, 1997. 10.1137 / S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[37] Bochen Tan och Jason Cong. Optimalitetsstudie av befintliga verktyg för layoutsyntes för kvantberäkningar. 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 och Moinuddin K Qureshi. Inte alla qubits skapas lika: ett fall för variabilitetsmedvetna policyer för nisq-erans kvantdatorer. I Proceedings of the Twenty-Fourth International Conference on Architectural Support for Programming Languages and Operating Systems, sidorna 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 och R. Drechsler. RevLib: En onlineresurs för reversibla funktioner och reversibla kretsar. I Int'l Symp. om Multi-Valued Logic, sidorna 220–225, 2008. URL http:///www.revlib.org.
http://www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer och Alwin Zulehner. Mappning av kvantkretsar till ibm qx-arkitekturer med det minimala antalet swap- och h-operationer. Under 2019 56:e ACM/IEEE Design Automation Conference (DAC), sidorna 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 och Yong-Xin Yao. Varierande kvantegenlösare i grunda kretsar baserad på symmetriinspirerad hilbert-rymduppdelning för kvantkemiska beräkningar. 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 och Yang Yu. Högkontrast z z interaktion med supraledande qubits med motsatt tecken anharmonicitet. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https:///doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.200503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503

Citerad av

[1] Andrew Eddins, Mario Motta, Tanvi P. Gujarati, Sergey Bravyi, Antonio Mezzacapo, Charles Hadfield och Sarah Sheldon, "Doubling the Size of Quantum Simulators by Entanglement Forging", PRX Quantum 3 1, 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu och Aida Todri-Sanial, "Effects of Dynamical Decoupling and Pulse-level Optimizations on IBM Quantum Computers", arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh och Ashley Montanaro, "Accelerera den variationsmässiga kvantegenlösaren med hjälp av parallellism", arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh och Rodney Van Meter, "Simultant exekvering av kvantkretsar på nuvarande och nära framtida NISQ-system", arXiv: 2112.07091, (2021).

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

[6] Siyuan Niu och Aida Todri-Sanial, "Hur kan parallellkretsutförande vara användbart för NISQ-beräkningar?", arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu och Vladimir Korepin, "Quantum multi-programming for Grovers search", Kvantinformationsbehandling 22 1, 54 (2023).

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

Ovanstående citat är från SAO / NASA ADS (senast uppdaterad framgångsrikt 2023-02-17 00:11:37). Listan kan vara ofullständig eftersom inte alla utgivare tillhandahåller lämpliga och fullständiga citatdata.

On Crossrefs citerade service Inga uppgifter om citerande verk hittades (sista försök 2023-02-17 00:11:35).

Detta papper publiceras i Quantum under Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) licens. Upphovsrätten kvarstår med de ursprungliga upphovsrättsinnehavarna som författarna eller deras institutioner.

SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
Källa: https://quantum-journal.org/papers/q-2023-02-16-925/

Tidsstämpel: Februari 16, 2023

Tidsstämpel: November 28, 2023

Aktiverar multiprogrammeringsmekanism för kvantberäkning i NISQ-eran

Återutgiven av Platon

Abstrakt

► BibTeX-data

► Referenser

Citerad av

Mer från Quantum Journal

Korrigera icke-oberoende och icke-identiskt fördelade fel med ytkoder

Axiom för retrodiktion: att uppnå tidsomkastningssymmetri med en prior

Karga platåer i kvanttensornätverksoptimering

Entanglement-assisterade Quantum Reed-Muller Tensor produktkoder

Optimera variationskvantalgoritmer med qBang: Effektivt sammanvävning av metrik och momentum för att navigera i platta energilandskap

Inkompatibilitet för kvantinstrument

Relativa fakta om relationell kvantmekanik är oförenliga med kvantmekanik

Stabilitetsexperiment: Den förbisedda dubbelen av minnesexperiment

Energimätningar förblir termometriskt optimala bortom svag koppling

Om Oss

Vertikal sökning och Ai

plattform

Håll kontakten

Konto