論文の概要: Domain-Specific Compilers for Dynamic Simulations of Quantum Materials on Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.07418v1
• Date: Thu, 16 Apr 2020 02:05:39 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-23 07:05:15.841015
• Title: Domain-Specific Compilers for Dynamic Simulations of Quantum Materials on Quantum Computers
• Title（参考訳）: 量子コンピュータ上の量子材料の動的シミュレーションのためのドメイン特化コンパイラ
• Authors: Lindsay Bassman, Sahil Gulania, Connor Powers, Rongpeng Li, Thomas Linker, Kuang Liu, T. K. Satish Kumar, Rajiv K. Kalia, Aiichiro Nakano, and Priya Vashishta
• Abstract要約: 我々は、RigettiとIBMの量子コンピュータのための2つのドメイン固有量子回路コンパイラを提案する。 コンパイラは、回路サイズ削減の観点から、最先端の汎用コンパイラよりも優れている。 両方のコンパイラのコードは、将来の研究者のための動的シミュレーションの結果を強化するために含まれている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.6212454818473425
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Simulation of the dynamics of quantum materials is emerging as a promising scientific application for noisy intermediate-scale quantum (NISQ) computers. Due to their high gate-error rates and short decoherence times, however, NISQ computers can only produce high-fidelity results for those quantum circuits smaller than some given circuit size. Dynamic simulations, therefore, pose a challenge as current algorithms produce circuits that grow in size with each subsequent time-step of the simulation. This underscores the crucial role of quantum circuit compilers to produce executable quantum circuits of minimal size, thereby maximizing the range of physical phenomena that can be studied within the NISQ fidelity budget. Here, we present two domain-specific quantum circuit compilers for the Rigetti and IBM quantum computers, specifically designed to compile circuits simulating dynamics under a special class of time-dependent Hamiltonians. The compilers outperform state-of-the-art general-purpose compilers in terms of circuit size reduction by around 25-30% as well as wall-clock compilation time by around 40% (dependent on system size and simulation time-step). Drawing on heuristic techniques commonly used in artificial intelligence, both compilers scale well with simulation time-step and system size. Code for both compilers is included to enhance the results of dynamic simulations for future researchers. We anticipate that our domain-specific compilers will enable dynamic simulations of quantum materials on near-future NISQ computers that would not otherwise be possible with general-purpose compilers.
• Abstract（参考訳）: ノイズの多い中間規模量子コンピュータ(NISQ)の科学的応用として量子材料の力学シミュレーションが登場している。 しかし、高いゲートエラー率と短いデコヒーレンス時間のため、NISQコンピュータは与えられた回路サイズよりも小さい量子回路に対して高忠実性しか得られない。 したがって、動的シミュレーションは、現在のアルゴリズムがその後のシミュレーションの時間ステップごとに成長する回路を生成するため、課題となる。 これは、最小サイズの実行可能な量子回路を生成するために量子回路コンパイラが重要な役割を担っているため、nisq忠実性予算内で研究できる物理現象の範囲を最大化する。 本稿では,リゲッティとibmの量子コンピュータに対して,時間依存ハミルトニアンの特殊クラスでダイナミクスをシミュレートする回路をコンパイルするために設計された2つのドメイン固有量子回路コンパイラを提案する。 コンパイラは、回路サイズを約25～30%削減し、ウォールクロックコンパイル時間を約40%短縮する(システムサイズとシミュレーション時間に依存する)。 人工知能でよく使われるヒューリスティックな技法に基づいて、両方のコンパイラはシミュレーションの時間ステップとシステムサイズでうまくスケールする。 いずれのコンパイラのコードも、将来の研究者の動的シミュレーションの結果を高めるために含まれている。 我々は、我々のドメイン固有コンパイラが、近未来のnisqコンピュータ上で量子物質の動的シミュレーションを可能にすることを期待している。

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