論文の概要: Enabling a Programming Environment for an Experimental Ion Trap Quantum
Testbed
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.00146v2
- Date: Thu, 4 Nov 2021 17:31:44 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-09 20:56:34.204293
- Title: Enabling a Programming Environment for an Experimental Ion Trap Quantum
Testbed
- Title（参考訳）: 実験イオントラップ量子テストベッドのためのプログラミング環境の実現
- Authors: Austin Adams, Elton Pinto, Jeffrey Young, Creston Herold, Alex
McCaskey, Eugene Dumitrescu, Thomas M. Conte
- Abstract要約: イオントラップ量子ハードウェアは、特定の問題空間に対する古典的な計算よりも計算上の優位性を約束する。
イオントラップシステムは、高レベルのノイズを緩和するための戦略と、パルスレベルまたはゲートレベルの操作でこれらのシステムをプログラミングする際の課題を緩和するためのツールの両方を必要とする。
本研究は、量子言語仕様であるQCORを用いて、イオントラップテストベッドの量子プログラミングの最先端性を改善することに焦点を当てる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.615738282053772
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Ion trap quantum hardware promises to provide a computational advantage over
classical computing for specific problem spaces while also providing an
alternative hardware implementation path to cryogenic quantum systems as
typified by IBM's quantum hardware. However, programming ion trap systems
currently requires both strategies to mitigate high levels of noise and also
tools to ease the challenge of programming these systems with pulse- or
gate-level operations.
This work focuses on improving the state-of-the-art for quantum programming
of ion trap testbeds through the use of a quantum language specification, QCOR,
and by demonstrating multi-level optimizations at the language, intermediate
representation, and hardware backend levels. We implement a new QCOR/XACC
backend to target a general ion trap testbed and then demonstrate the usage of
multi-level optimizations to improve circuit fidelity and to reduce gate count.
These techniques include the usage of a backend-specific numerical optimizer
and physical gate optimizations to minimize the number of native instructions
sent to the hardware. We evaluate our compiler backend using several QCOR
benchmark programs, finding that on present testbed hardware, our compiler
backend maintains the number of two-qubit native operations but decreases the
number of single-qubit native operations by 1.54 times compared to the previous
compiler regime. For projected testbed hardware upgrades, our compiler sees a
reduction in two-qubit native operations by 2.40 times and one-qubit native
operations by 6.13 times.
- Abstract（参考訳）: イオントラップ量子ハードウェアは、特定の問題空間における古典コンピューティングよりも計算上の優位性を提供すると同時に、IBMの量子ハードウェアに代表される低温量子システムへの代替のハードウェア実装パスを提供する。
しかし、現在プログラミングイオントラップシステムは、高いレベルのノイズを軽減するための戦略と、これらのシステムをパルスまたはゲートレベルの操作でプログラミングすることの難しさを和らげるツールの両方を必要とする。
この研究は、量子言語仕様であるQCORを使用することで、イオントラップテストベッドの量子プログラミングの最先端の改善と、言語、中間表現、ハードウェアバックエンドレベルでのマルチレベル最適化の実証に焦点を当てている。
一般的なイオントラップテストベッドをターゲットにした新しいQCOR/XACCバックエンドを実装し,回路の忠実度向上とゲート数削減のためのマルチレベル最適化を実演する。
これらの技術には、ハードウェアに送られるネイティブ命令の数を最小化するバックエンド固有の数値最適化器と物理ゲート最適化が含まれる。
いくつかのQCORベンチマークプログラムを用いてコンパイラバックエンドを評価し、現在のテストベッドハードウェアでは、コンパイラバックエンドは2キュービットネイティブ操作の数を維持できるが、以前のコンパイラシステムに比べて1.54倍減少する。
テストベッドハードウェアのアップグレードでは、コンパイラは2キュービットネイティブ操作を2.40倍、1キュービットネイティブ操作を6.13倍削減する。
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