論文の概要: Enabling Retargetable Optimizing Compilers for Quantum Accelerators via a Multi-Level Intermediate Representation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.00506v1
• Date: Wed, 1 Sep 2021 17:29:47 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-16 10:53:17.008773
• Title: Enabling Retargetable Optimizing Compilers for Quantum Accelerators via a Multi-Level Intermediate Representation
• Title（参考訳）: マルチレベル中間表現による量子加速器の目標最適化コンパイラの実現
• Authors: Thien Nguyen and Alexander McCaskey
• Abstract要約: 我々は、最適化され、再ターゲット可能で、事前コンパイルが可能なマルチレベル量子古典中間表現(IR)を提案する。 ゲートベースのOpenQASM 3言語全体をサポートし、共通量子プログラミングパターンのカスタム拡張と構文の改善を提供します。 私たちの研究は、通常のPythonのアプローチよりも1000倍高速で、スタンドアロンの量子言語コンパイラよりも5～10倍高速なコンパイル時間を実現しています。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 78.8942067357231
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present a multi-level quantum-classical intermediate representation (IR) that enables an optimizing, retargetable, ahead-of-time compiler for available quantum programming languages. To demonstrate our architecture, we leverage our proposed IR to enable a compiler for version 3 of the OpenQASM quantum language specification. We support the entire gate-based OpenQASM 3 language and provide custom extensions for common quantum programming patterns and improved syntax. Our work builds upon the Multi-level Intermediate Representation (MLIR) framework and leverages its unique progressive lowering capabilities to map quantum language expressions to the LLVM machine-level IR. We provide both quantum and classical optimizations via the MLIR pattern rewriting sub-system and standard LLVM optimization passes, and demonstrate the programmability, compilation, and execution of our approach via standard benchmarks and test cases. In comparison to other standalone language and compiler efforts available today, our work results in compile times that are 1000x faster than standard Pythonic approaches, and 5-10x faster than comparative standalone quantum language compilers. Our compiler provides quantum resource optimizations via standard programming patterns that result in a 10x reduction in entangling operations, a common source of program noise. Ultimately, we see this work as a vehicle for rapid quantum compiler prototyping enabling language integration, optimizations, and interoperability with classical compilation approaches.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,利用可能な量子プログラミング言語に対して最適化,再目標化,事前コンパイルが可能なマルチレベル量子古典型中間表現(ir)を提案する。 アーキテクチャを実証するため,提案したIRを利用して,OpenQASM量子言語仕様のバージョン3のコンパイラを実現する。 ゲートベースのOpenQASM 3言語全体をサポートし、共通量子プログラミングパターンのカスタム拡張と構文の改善を提供します。 我々の研究は、MLIR(Multi-level Intermediate Representation)フレームワークに基づいており、量子言語表現をLLVMマシンレベルIRにマッピングする独自のプログレッシブローディング機能を活用している。 MLIRパターン書き換えサブシステムと標準LLVM最適化パスによる量子および古典的最適化の両方を提供し、標準的なベンチマークやテストケースを通じて、我々のアプローチのプログラム可能性、コンパイル、実行を実証する。 現在利用可能な他のスタンドアロン言語やコンパイラと比べて、我々の研究はコンパイル時間が標準的なpythonのアプローチよりも1000倍速く、比較スタンドアロンの量子言語コンパイラよりも5～10倍高速になります。 我々のコンパイラは,プログラムノイズの共通源である絡み込み処理の10倍の削減をもたらす,標準的なプログラミングパターンによる量子リソース最適化を提供する。 最終的にこれは、言語統合、最適化、古典的なコンパイルアプローチとの相互運用性を可能にする、高速な量子コンパイラプロトタイピングの手段として機能すると考えています。

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