論文の概要: SQUARE: Strategic Quantum Ancilla Reuse for Modular Quantum Programs via
Cost-Effective Uncomputation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.08539v2
- Date: Thu, 25 Jun 2020 18:23:18 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-23 02:42:34.538024
- Title: SQUARE: Strategic Quantum Ancilla Reuse for Modular Quantum Programs via
Cost-Effective Uncomputation
- Title（参考訳）: SQUARE: コスト効果計算によるモジュール量子プログラムの戦略的量子アンシラ再利用
- Authors: Yongshan Ding, Xin-Chuan Wu, Adam Holmes, Ash Wiseth, Diana Franklin,
Margaret Martonosi, Frederic T. Chong
- Abstract要約: 本稿では,量子プログラムにおけるスクラッチキュービット(アンシラ)の割り当てと再利用に取り組むコンパイル基盤を提案する。
中心となるSQUAREは、量子ビット再利用の機会を生み出すために、戦略的に非計算を行う。
SQUARE は NISQ アプリケーションの平均成功率を 1.47 倍改善することを示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.92565122267857
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Compiling high-level quantum programs to machines that are size constrained
(i.e. limited number of quantum bits) and time constrained (i.e. limited number
of quantum operations) is challenging. In this paper, we present SQUARE
(Strategic QUantum Ancilla REuse), a compilation infrastructure that tackles
allocation and reclamation of scratch qubits (called ancilla) in modular
quantum programs. At its core, SQUARE strategically performs uncomputation to
create opportunities for qubit reuse.
Current Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) computers and forward-looking
Fault-Tolerant (FT) quantum computers have fundamentally different constraints
such as data locality, instruction parallelism, and communication overhead. Our
heuristic-based ancilla-reuse algorithm balances these considerations and fits
computations into resource-constrained NISQ or FT quantum machines, throttling
parallelism when necessary. To precisely capture the workload of a program, we
propose an improved metric, the "active quantum volume," and use this metric to
evaluate the effectiveness of our algorithm. Our results show that SQUARE
improves the average success rate of NISQ applications by 1.47X. Surprisingly,
the additional gates for uncomputation create ancilla with better locality, and
result in substantially fewer swap gates and less gate noise overall. SQUARE
also achieves an average reduction of 1.5X (and up to 9.6X) in active quantum
volume for FT machines.
- Abstract（参考訳）: 高レベルの量子プログラムをサイズ制限(量子ビットの制限数)と時間制限(量子演算の制限数)のマシンにコンパイルすることは困難である。
本稿では,モジュール型量子プログラムにおけるスクラッチ量子ビット(アンシラ)の割り当てと再利用に取り組むコンパイル基盤であるSQUARE(Strategic QUantum Ancilla Reuse)を提案する。
SQUAREの中核は、量子ビット再利用の機会を生み出すために、戦略的に非計算を行う。
現在の雑音中規模量子(NISQ)コンピュータと前方のフォールトトレラント(FT)量子コンピュータは、データ局所性、命令並列性、通信オーバーヘッドなど、根本的に異なる制約を持つ。
我々のヒューリスティックなアンシラ・リユースアルゴリズムは、これらの考慮をバランスさせ、計算をリソース制約されたNISQまたはFT量子マシンに適合させ、必要に応じて並列性を減速させる。
プログラムの作業量を正確に把握するために、改良されたメトリックである「アクティブ量子ボリューム」を提案し、このメトリックを用いてアルゴリズムの有効性を評価する。
SQUARE は NISQ アプリケーションの平均成功率を 1.47 倍改善することを示した。
意外なことに、非計算用の追加のゲートは、より場所が良くなり、スワップゲートが大幅に少なくなり、全体としてゲートノイズが小さくなる。
SQUAREはまた、FTマシンのアクティブ量子ボリュームの1.5X(および最大9.6X)を平均で削減する。
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