NISQ Çağında Kuantum Hesaplama için Çoklu Programlama Mekanizmasını Etkinleştirme

NISQ Çağında Kuantum Hesaplama için Çoklu Programlama Mekanizmasını Etkinleştirme

NISQ Çağında Kuantum Hesaplama için Çoklu Programlama Mekanizmasının Etkinleştirilmesi PlatoBlockchain Veri Zekası. Dikey Arama. Ai.

Siyuan Niu1 ve Aida Todri-Sanial2,3

1LIRMM, Montpellier Üniversitesi, 34095 Montpellier, Fransa
2LIRMM, Montpellier Üniversitesi, 34095 Montpellier, CNRS, Fransa
3Eindhoven Teknoloji Üniversitesi, 5612 AE, Eindhoven, Hollanda

Bu makaleyi ilginç mi buldunuz yoksa tartışmak mı istiyorsunuz? SciRate'e çığlık at veya yorum bırak.

Özet

NISQ cihazlarının birkaç fiziksel sınırlaması ve kaçınılmaz gürültülü kuantum işlemleri vardır ve güvenilir sonuçlar elde etmek için bir kuantum makinesinde yalnızca küçük devreler çalıştırılabilir. Bu, kuantum donanımının yetersiz kullanım sorununa yol açar. Burada, kuantum donanımında aynı anda birden fazla kuantum devresini yürütmek için bir Kuantum Çoklu Programlama Derleyicisi (QuMC) önererek bu sorunu ele alıyor ve kuantum donanım verimini geliştiriyoruz. Bu yaklaşım, devrelerin toplam çalışma süresini de azaltabilir. İlk olarak, aynı anda yürütülecek uygun sayıda devreyi seçmek için bir paralellik yöneticisi tanıtıyoruz. İkinci olarak, birden çok devreye güvenilir bölümler tahsis etmek için iki farklı kübit bölümleme algoritması sunuyoruz - açgözlü ve buluşsal. Üçüncüsü, karışma özelliklerini karakterize etmek için Eş Zamanlı Rastgele Kıyaslama protokolünü kullanıyoruz ve eşzamanlı yürütmeler sırasında karışma etkisini önlemek için bunları kübit bölümleme sürecinde dikkate alıyoruz. Son olarak, daha az sayıda yerleştirilmiş kapı kullanarak devreleri donanım üzerinde yürütülebilir hale getirmek için eşleme geçiş algoritmasını geliştiriyoruz. QuMC yaklaşımımızın performansını, farklı boyutlardaki devreleri eş zamanlı olarak IBM kuantum donanımı üzerinde yürüterek gösteriyoruz. Ek yükünü azaltmak için bu yöntemi VQE algoritmasında da araştırıyoruz.

► BibTeX verileri

► Referanslar

[1] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam ve Swaroop Ghosh. nisq cihazlarında karışma analizi ve çoklu programlama rejiminde güvenlik etkileri. ACM/​IEEE Uluslararası Düşük Güç Elektroniği ve Tasarımı Sempozyumu Tutanakları'nda, sayfa 25–30, 2020a. https://​/doi.org/​10.1145/​3370748.3406570.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3370748.3406570

[2] Abdullah Ash-Saki, Mahabubul Alam ve Swaroop Ghosh. Bir kuantum bilgisayarda karışmanın deneysel karakterizasyonu, modellenmesi ve analizi. Kuantum Mühendisliğinde IEEE İşlemleri, 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 ve diğerleri. Josephson faz kübitleri ile uygulanan evrensel bir dolaşıklık kapısının kuantum süreç tomografisi. 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, Yiğit Subaşı, Lukasz Cincio ve Patrick Coles. Varyasyonel kuantum lineer çözücü: Lineer sistemler için hibrit bir algoritma. Amerikan Fizik Derneği Bülteni, 65, 2020.
arXiv: 1909.05820

[5] Bir Robert Calderbank ve Peter W Shor. İyi kuantum hata düzeltme kodları mevcuttur. 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 ve diğerleri. Varyasyonel kuantum algoritmaları. Nature Review 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 ve Stephen Brierley. Sonlu örnekleme hatası varlığında pauli operatörlerinin verimli kuantum ölçümü. Kuantum, 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 ve Jay M Gambetta. Kuantum derleme dilini açın. arXiv ön baskı arXiv: 1707.03429, 2017.
arXiv: 1707.03429

[9] Andrew W Cross, Lev S Bishop, Sarah Sheldon, Paul D Nation ve Jay M Gambetta. Rastgele model devreler kullanarak kuantum bilgisayarları doğrulama. Fiziksel İnceleme 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 ve Moinuddin Qureshi. Çoklu programlama kuantum bilgisayarları için bir durum. 52. Yıllık IEEE/​ACM Uluslararası Mikromimari Sempozyumu Tutanakları'nda, sayfa 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 ve Pavel Lougovski. Bir atom çekirdeğinin bulut kuantum hesaplaması. Fiziksel inceleme mektupları, 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 ve Rainer Blatt. Döngü kıyaslama yoluyla büyük ölçekli kuantum bilgisayarları karakterize etme. Doğa iletişimi, 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 ve ark. Qiskit: Kuantum hesaplama için açık kaynaklı bir çerçeve. 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 ve diğerleri. Eşzamanlı randomize kıyaslama ile adreslenebilirliğin karakterizasyonu. Fiziksel inceleme mektupları, 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 ve Frederic T Chong. Varyasyonel kuantum eigensolver uygulamaları için eş zamanlı ölçümün optimizasyonu. 2020'de IEEE Uluslararası Kuantum Hesaplama ve Mühendislik Konferansı (QCE), sayfalar 379–390. IEEE, 2020. https:///​doi.org/​10.1109/​QCE49297.2020.00054.
https: / / doi.org/ 10.1109 / QCE49297.2020.00054

[16] Gian Giacomo Guerreschi ve Jongsoo Park. Kuantum devrelerini programlamak için iki adımlı yaklaşım. Kuantum Bilimi ve Teknolojisi, 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 ve Jay M Gambetta. Kuantumla geliştirilmiş özellik alanlarıyla denetimli öğrenme. 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 ve Atsushi Matsuo. Geçit dönüşümü ve komütasyon kullanılarak kuantum devre eşlemenin optimizasyonu. Entegrasyon, 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 ve Jay M Gambetta. Küçük moleküller ve kuantum mıknatıslar için donanım açısından verimli varyasyonel kuantum özçözücü. Nature, 549 (7671): 242–246, 2017. https:///​doi.org/​10.1038/​nature23879.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nature23879

[20] Iordanis Kerenidis ve Anupam Prakash. Doğrusal sistemler ve en küçük kareler için kuantum gradyan inişi. Fiziksel İnceleme 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 ve diğerleri. Bir kuantum bilgisayarda kuantum kimyasına doğru. Doğa kimyası, 2 (2): 106–111, 2010. https:///​doi.org/​10.1038/​nchem.483.
https: / / doi.org/ 10.1038 / nchem.483

[22] Gushu Li, Yufei Ding ve Yuan Xie. Nisq dönemi kuantum cihazları için qubit haritalama sorununu çözme. Programlama Dilleri ve İşletim Sistemleri için Mimari Destek Konulu Yirmi Dördüncü Uluslararası Konferans Bildiri Kitabında, sayfa 1001–1014, 2019. 10.1145/​3297858.3304023.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304023

[23] Lei Liu ve Xinglei Dou. Qucloud: Bulut ortamında çoklu programlama kuantum hesaplaması için yeni bir qubit haritalama mekanizması. 2021'de IEEE Uluslararası Yüksek Performanslı Bilgisayar Mimarisi Sempozyumu (HPCA), sayfalar 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 ve Andrew Houck. Ayarlanabilir bir kuplaj süper iletken devresinde kübit karışmasının bastırılması. Uygulanan Fiziksel İnceleme, 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 ve Margaret Martonosi. Gürültülü orta ölçekli kuantum bilgisayarlar için gürültüye uyarlanabilir derleyici eşlemeleri. Programlama Dilleri ve İşletim Sistemleri için Mimari Destek Üzerine Yirmi Dördüncü Uluslararası Konferans Bildiri Kitaplarında, sayfa 1015–1029, 2019. 10.1145/​3297858.3304075.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3297858.3304075

[26] Prakash Murali, David C McKay, Margaret Martonosi ve Ali Javadi-Abhari. Gürültülü orta ölçekli kuantum bilgisayarlarda parazitin yazılımla azaltılması. Programlama Dilleri ve İşletim Sistemleri için Mimari Destek Üzerine Yirmi Beşinci Uluslararası Konferans Tutanakları'nda, sayfa 1001–1016, 2020. https:///​/​doi.org/10.1145/​3373376.3378477.
https: / / doi.org/ 10.1145 / 3373376.3378477

[27] Siyuan Niu ve Aida Todri-Sanial. Nisq çağında karışma hatasını analiz etme. 2021'de IEEE Computer Society Yıllık VLSI Sempozyumu (ISVLSI), sayfa 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 ve Aida Todri-Sanial. Nisq çağındaki kübit haritalama sorunu için donanıma duyarlı bir buluşsal yöntem. 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 ve Rodney Van Meter. Mevcut ve yakın gelecekteki nisq sistemlerinde eşzamanlı kuantum devreleri yürütme. arXiv ön baskısı 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 ve Hristo N Djidjev. Paralel kuantum tavlama. Bilimsel Raporlar, 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, Alan Aspuru-Guzik ve Jeremy L O'brien. Bir fotonik kuantum işlemcide varyasyonel bir özdeğer çözücü. Doğa iletişimi, 5: 4213, 2014. https:///​doi.org/​10.1038/​ncomms5213 (2014).
https://​/doi.org/​10.1038/​ncomms5213%20(2014)

[32] John Preskill. NISQ çağında ve ötesinde Kuantum Hesaplama. Quantum, 2: 79, Ağustos 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 ve Kevin Young. Multiqubit cihazlar için doğrudan randomize kıyaslama. Fiziksel inceleme mektupları, 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 ve Swamit Tannu. Devre eş zamanlılığını kullanarak varyasyonel kuantum algoritmalarını hızlandırma. arXiv ön baskısı arXiv:2109.01714, 2021.
arXiv: 2109.01714

[35] Mohan Sarovar, Timothy Proctor, Kenneth Rudinger, Kevin Young, Erik Nielsen ve Robin Blume-Kohout. Kuantum bilgi işlemcilerinde karışma hatalarını tespit etme. Kuantum, 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. Bir kuantum bilgisayarda asal çarpanlara ayırma ve ayrık logaritmalar için polinom-zaman algoritmaları. SIAM Journal on Computing, 26 (5): 1484–1509, 1997. 10.1137 / S0097539795293172.
https: / / doi.org/ 10.1137 / S0097539795293172

[37] Bochen Tan ve Jason Cong. Mevcut kuantum bilgi işlem düzeni sentez araçlarının optimallik çalışması. Bilgisayarlarda IEEE İşlemleri, 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 ve Moinuddin K Qureshi. Tüm kübitler eşit yaratılmamıştır: nisq dönemi kuantum bilgisayarları için değişkenliğe duyarlı politikalar için bir durum. Programlama Dilleri ve İşletim Sistemleri için Mimari Destek Üzerine Yirmi Dördüncü Uluslararası Konferans Bildiri Kitabı, sayfa 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 ve R. Drechsler. RevLib: Tersinir fonksiyonlar ve tersinir devreler için çevrimiçi bir kaynak. Uluslararası Symp. Çok Değerli Mantık üzerine, sayfa 220–225, 2008. URL http://​/​www.revlib.org.
http://​/​www.revlib.org

[40] Robert Wille, Lukas Burgholzer ve Alwin Zulehner. Minimum sayıda takas ve h işlemi kullanarak kuantum devrelerini IBM qx mimarilerine eşleme. 2019'da 56. ACM/​IEEE Tasarım Otomasyonu Konferansı (DAC), sayfa 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 ve Yong-Xin Yao. Kuantum kimyasal hesaplamaları için simetriden ilham alan hilbert uzay bölümlemesine dayanan sığ devre varyasyonel kuantum özçözücü. 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 ve Yang Yu. Zıt işaret uyumsuzluğuna sahip süper iletken kübitler kullanan yüksek kontrastlı zz etkileşimi. Physical Review Letters, 125 (20): 200503, 2020. https:///​doi.org/​10.1103/​PhysRevLett.125.200503.
https: / / doi.org/ 10.1103 / PhysRevLett.125.200503

Alıntılama

[1] Andrew Eddins, Mario Motta, Tanvi P. Gujarati, Sergey Bravyi, Antonio Mezzacapo, Charles Hadfield ve Sarah Sheldon, “Doubling the Quantum Simulators by Doubling Forging”, PRX Kuantum 3 1, 010309 (2022).

[2] Siyuan Niu ve Aida Todri-Sanial, “Dinamik Ayrıştırma ve Darbe Düzeyinde Optimizasyonların IBM Quantum Bilgisayarları Üzerindeki Etkileri”, arXiv: 2204.01471, (2022).

[3] Lana Mineh ve Ashley Montanaro, “Paralellik kullanarak varyasyonel kuantum özçözücünün hızlandırılması”, arXiv: 2209.03796, (2022).

[4] Yasuhiro Ohkura, Takahiko Satoh ve Rodney Van Meter, "Mevcut ve yakın gelecekteki NISQ sistemlerinde kuantum devrelerinin eşzamanlı yürütülmesi", arXiv: 2112.07091, (2021).

[5] Siyuan Niu ve Aida Todri-Sanial, “Kuantum Bilgi İşlem Donanımı için Çoklu Programlama Çapraz Platform Kıyaslaması”, arXiv: 2206.03144, (2022).

[6] Siyuan Niu ve Aida Todri-Sanial, “Paralel Devre Yürütme NISQ Hesaplama için Nasıl Yararlı Olabilir?”, arXiv: 2112.00387, (2021).

[7] Gilchan Park, Kun Zhang, Kwangmin Yu ve Vladimir Korepin, "Kuantum çoklu programlama for Grover's search", Kuantum Bilgi İşleme 22 1, 54 (2023).

[8] Elijah Pelofske, Georg Hahn ve Hristo N. Djidjev, “Kuantum Tavlayıcıların Gürültü Dinamikleri: Boş Kübitleri Kullanarak Etkili Gürültüyü Tahmin Etmek”, arXiv: 2209.05648, (2022).

[9] Evan E. Dobbs, Robert Basmadjian, Alexandru Paler ve Joseph S. Friedman, "Kuyruk Ağı Olarak Modellenmiş Kuantum Çarpanında Hızlı Değiştirme", arXiv: 2106.13998, (2021).

Yukarıdaki alıntılar SAO / NASA REKLAMLARI (son başarıyla 2023-02-17 00:11:37) güncellendi. Tüm yayıncılar uygun ve eksiksiz alıntı verisi sağlamadığından liste eksik olabilir.

On Crossref'in alıntı yaptığı hizmet alıntı yapma çalışmaları ile ilgili veri bulunamadı (son deneme 2023-02-17 00:11:35).

Zaman Damgası:

Den fazla Kuantum Günlüğü