論文の概要: Fast simulation of quantum algorithms using circuit optimization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2010.09746v3
- Date: Thu, 21 Apr 2022 20:56:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-28 07:51:01.110521
- Title: Fast simulation of quantum algorithms using circuit optimization
- Title（参考訳）: 回路最適化による量子アルゴリズムの高速シミュレーション
- Authors: Gian Giacomo Guerreschi
- Abstract要約: 任意の回路のシミュレーション時間を短縮する専用コンパイラパスを提案する。
状態振幅を記憶する順序を変更することにより、通信オーバーヘッドを低減する。
次に、新しい機能を利用するためにコンパイラパスを実装します。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Classical simulators play a major role in the development and benchmark of
quantum algorithms and practically any software framework for quantum
computation provides the option of running the algorithms on simulators.
However, the development of quantum simulators was substantially separated from
the rest of the software frameworks which, instead, focus on usability and
compilation. Here, we demonstrate the advantage of co-developing and
integrating simulators and compilers by proposing a specialized compiler pass
to reduce the simulation time for arbitrary circuits. While the concept is
broadly applicable, we present a concrete implementation based on the Intel
Quantum Simulator, a high-performance distributed simulator. As part of this
work, we extend its implementation with additional functionalities related to
the representation of quantum states. The communication overhead is reduced by
changing the order in which state amplitudes are stored in the distributed
memory, a concept analogous to the distinction between local and global qubits
for distributed Schroedinger-type simulators. We then implement a compiler pass
to exploit the novel functionalities by introducing special instructions
governing data movement as part of the quantum circuit. Those instructions
target unique capabilities of simulators and have no analogue in actual quantum
devices. To quantify the advantage, we compare the time required to simulate
random circuits with and without our optimization. The simulation time is
typically halved.
- Abstract（参考訳）: 古典的シミュレータは量子アルゴリズムの開発とベンチマークにおいて重要な役割を果たし、事実上量子計算のためのソフトウェアフレームワークはシミュレータ上でアルゴリズムを実行するオプションを提供する。
しかし、量子シミュレータの開発は、その代わりにユーザビリティとコンパイルにフォーカスした他のソフトウェアフレームワークと実質的に分離された。
本稿では,任意の回路のシミュレーション時間を短縮するために,特殊なコンパイラパスを提案することで,シミュレータとコンパイラを共同開発し統合することの利点を実証する。
本概念は広く適用可能であるが,高性能分散シミュレータであるIntel Quantum Simulatorに基づく具体的な実装を提案する。
この研究の一環として、量子状態の表現に関する追加機能によって実装を拡張する。
分散スレーディンガー型シミュレータのローカルとグローバルのキュービットの区別に類似した概念である、状態振幅を分散メモリに格納する順序を変更することにより、通信オーバーヘッドを低減させる。
次に,量子回路の一部としてデータ移動を規定する特別な命令を導入することで,新しい機能を利用するコンパイラパスを実装した。
これらの命令はシミュレータのユニークな機能をターゲットにしており、実際の量子デバイスでは類似性を持たない。
この利点を定量化するために、ランダム回路のシミュレーションに必要な時間と最適化なしで比較する。
シミュレーション時間は通常半減する。
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