論文の概要: Logical Abstractions for Noisy Variational Quantum Algorithm Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2103.17226v1
- Date: Wed, 31 Mar 2021 17:20:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-06 00:48:03.353784
- Title: Logical Abstractions for Noisy Variational Quantum Algorithm Simulation
- Title（参考訳）: 雑音変動量子アルゴリズムシミュレーションのための論理的抽象化
- Authors: Yipeng Huang, Steven Holtzen, Todd Millstein, Guy Van den Broeck, and
Margaret Martonosi
- Abstract要約: 既存の量子回路シミュレータは変分アルゴリズムの共通特性に対処しない。
本稿では,変分アルゴリズムのシミュレーションを目的とした論理的抽象化に基づく量子回路シミュレーションツールチェーンを提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 25.515765956985188
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Due to the unreliability and limited capacity of existing quantum computer
prototypes, quantum circuit simulation continues to be a vital tool for
validating next generation quantum computers and for studying variational
quantum algorithms, which are among the leading candidates for useful quantum
computation. Existing quantum circuit simulators do not address the common
traits of variational algorithms, namely: 1) their ability to work with noisy
qubits and operations, 2) their repeated execution of the same circuits but
with different parameters, and 3) the fact that they sample from circuit final
wavefunctions to drive a classical optimization routine. We present a quantum
circuit simulation toolchain based on logical abstractions targeted for
simulating variational algorithms. Our proposed toolchain encodes quantum
amplitudes and noise probabilities in a probabilistic graphical model, and it
compiles the circuits to logical formulas that support efficient repeated
simulation of and sampling from quantum circuits for different parameters.
Compared to state-of-the-art state vector and density matrix quantum circuit
simulators, our simulation approach offers greater performance when sampling
from noisy circuits with at least eight to 20 qubits and with around 12
operations on each qubit, making the approach ideal for simulating near-term
variational quantum algorithms. And for simulating noise-free shallow quantum
circuits with 32 qubits, our simulation approach offers a $66\times$ reduction
in sampling cost versus quantum circuit simulation techniques based on tensor
network contraction.
- Abstract（参考訳）: 既存の量子コンピュータのプロトタイプの信頼性と限られた能力のため、量子回路シミュレーションは、次世代の量子コンピュータの検証や、有用な量子計算の候補である変分量子アルゴリズムの研究に欠かせないツールであり続けている。
既存の量子回路シミュレータは、変分アルゴリズムの共通特性に対処しない。
1)ノイズの多い量子ビットや操作を扱う能力。
2)同一回路を繰り返し実行するが,パラメータが異なる。
3)回路最終波動関数からサンプリングして古典的な最適化ルーチンを駆動するという事実。
本稿では,変分アルゴリズムのシミュレーションを目的とした論理的抽象化に基づく量子回路シミュレーションツールチェーンを提案する。
提案ツールチェーンは確率的グラフィカルモデルで量子振幅とノイズ確率を符号化し,回路を論理式にコンパイルし,異なるパラメータに対する量子回路からの効率的な繰り返しシミュレーションとサンプリングを支援する。
現状ベクトルと密度行列量子回路シミュレータと比較して,少なくとも8から20キュービットのノイズ回路からサンプリングし,各キュービットに約12の演算を施す場合,シミュレーション手法はより優れた性能が得られるため,短期変動量子アルゴリズムのシミュレーションに最適である。
そして、32量子ビットの雑音のない浅量子回路をシミュレーションするために、テンソルネットワークの収縮に基づく量子回路シミュレーション技術と比較してサンプリングコストを6,6\times$に削減する。
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