論文の概要: Quantum Fan-out: Circuit Optimizations and Technology Modeling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.04246v1
• Date: Wed, 8 Jul 2020 16:38:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-10 23:30:54.649624
• Title: Quantum Fan-out: Circuit Optimizations and Technology Modeling
• Title（参考訳）: 量子ファンアウト:回路最適化と技術モデリング
• Authors: Pranav Gokhale, Samantha Koretsky, Shilin Huang, Swarnadeep Majumder, Andrew Drucker, Kenneth R. Brown, Frederic T. Chong
• Abstract要約: NISQワークロードの回路合成を最適化するために,同時ファンアウトプリミティブを導入する。 ファンアウトに基づく新しい量子メモリアーキテクチャも導入する。 超伝導量子ビットを用いたファンアウトの概念実証実験を行った。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.4827330067784295
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Instruction scheduling is a key compiler optimization in quantum computing, just as it is for classical computing. Current schedulers optimize for data parallelism by allowing simultaneous execution of instructions, as long as their qubits do not overlap. However, on many quantum hardware platforms, instructions on overlapping qubits can be executed simultaneously through __global interactions__. For example, while fan-out in traditional quantum circuits can only be implemented sequentially when viewed at the logical level, global interactions at the physical level allow fan-out to be achieved in one step. We leverage this simultaneous fan-out primitive to optimize circuit synthesis for NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) workloads. In addition, we introduce novel quantum memory architectures based on fan-out. Our work also addresses hardware implementation of the fan-out primitive. We perform realistic simulations for trapped ion quantum computers. We also demonstrate experimental proof-of-concept of fan-out with superconducting qubits. We perform depth (runtime) and fidelity estimation for NISQ application circuits and quantum memory architectures under realistic noise models. Our simulations indicate promising results with an asymptotic advantage in runtime, as well as 7--24% reduction in error.
• Abstract（参考訳）: 命令スケジューリングは、古典計算と同様に、量子コンピューティングにおける重要なコンパイラ最適化である。 現在のスケジューラは、キュービットが重複しない限り、命令の同時実行を可能にすることで、データの並列処理を最適化する。 しかし、多くの量子ハードウェアプラットフォームでは、重なり合う量子ビットの命令を__globalインタラクション__で同時に実行できる。 例えば、従来の量子回路におけるファンアウトは論理レベルで見る場合にのみシーケンシャルに実装できるが、物理的レベルでのグローバルな相互作用はファンアウトを1ステップで達成できる。 NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)ワークロードの回路合成を最適化するために,この同時ファンアウトプリミティブを活用する。 さらに,ファンアウトに基づく新しい量子メモリアーキテクチャを提案する。 我々の研究はファンアウトプリミティブのハードウェア実装にも取り組んでいる。 我々は、閉じ込められたイオン量子コンピュータの現実的なシミュレーションを行う。 また,超伝導量子ビットを用いたファンアウトの概念実証実験を行った。 NISQアプリケーション回路と量子メモリアーキテクチャに対して,現実的なノイズモデルの下で深度(ランタイム)および忠実度推定を行う。 我々のシミュレーションは、実行時の漸近的な利点を伴う有望な結果を示し、7～24%のエラーの低減を示す。

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