論文の概要: Enabling Multi-programming Mechanism for Quantum Computing in the NISQ Era

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.05321v3
• Date: Fri, 10 Feb 2023 09:53:55 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-04-12 00:58:56.172801
• Title: Enabling Multi-programming Mechanism for Quantum Computing in the NISQ Era
• Title（参考訳）: NISQ時代の量子コンピューティングのためのマルチプログラミング機構
• Authors: Siyuan Niu and Aida Todri-Sanial
• Abstract要約: NISQデバイスにはいくつかの物理的制限と避けられないノイズ量子演算がある。 小さな回路のみが量子マシン上で実行され、信頼性の高い結果が得られる。 本稿では,量子ハードウェア上で複数の量子回路を同時に実行するためのQuantum Multi-gramming Compiler (QuMC)を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: NISQ devices have several physical limitations and unavoidable noisy quantum operations, and only small circuits can be executed on a quantum machine to get reliable results. This leads to the quantum hardware under-utilization issue. Here, we address this problem and improve the quantum hardware throughput by proposing a Quantum Multi-programming Compiler (QuMC) to execute multiple quantum circuits on quantum hardware simultaneously. This approach can also reduce the total runtime of circuits. We first introduce a parallelism manager to select an appropriate number of circuits to be executed at the same time. Second, we present two different qubit partitioning algorithms to allocate reliable partitions to multiple circuits - a greedy and a heuristic. Third, we use the Simultaneous Randomized Benchmarking protocol to characterize the crosstalk properties and consider them in the qubit partition process to avoid the crosstalk effect during simultaneous executions. Finally, we enhance the mapping transition algorithm to make circuits executable on hardware using a decreased number of inserted gates. We demonstrate the performance of our QuMC approach by executing circuits of different sizes on IBM quantum hardware simultaneously. We also investigate this method on VQE algorithm to reduce its overhead.
• Abstract（参考訳）: NISQデバイスはいくつかの物理的制限と不可避ノイズ量子演算を持ち、量子マシン上で小さな回路のみを実行して信頼性の高い結果を得ることができる。 これは量子ハードウェアの過小利用問題につながる。 本稿では,量子ハードウェア上で複数の量子回路を同時に実行するQuantum Multi-gramming Compiler (QuMC)を提案することにより,この問題に対処し,量子ハードウェアのスループットを向上させる。 このアプローチは回路全体の実行時間も削減できる。 まず並列化マネージャを導入し、同時に実行する回路の適切な数を選択する。 第2に,信頼性の高い分割を複数の回路に割り当てる2つの異なる量子ビット分割アルゴリズムを提案する。 第3に、同時ランダム化ベンチマークプロトコルを用いてクロストーク特性を特徴付け、それらをキュービット分割プロセスで考慮し、同時実行時のクロストーク効果を回避する。 最後に,回路をハードウェア上で実行可能にするために,挿入ゲート数を削減したマッピング遷移アルゴリズムを改良する。 我々は、IBM量子ハードウェア上で異なるサイズの回路を同時に実行することで、QuMCアプローチの性能を実証する。 また,本手法をvqeアルゴリズムを用いて検討し,そのオーバーヘッドを低減した。

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