論文の概要: Parallel Simulation of Quantum Networks with Distributed Quantum State
Management
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.03918v1
- Date: Sat, 6 Nov 2021 16:51:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-09 00:20:30.589743
- Title: Parallel Simulation of Quantum Networks with Distributed Quantum State
Management
- Title（参考訳）: 分散量子状態管理を用いた量子ネットワークの並列シミュレーション
- Authors: Xiaoliang Wu, Alexander Kolar, Joaquin Chung, Dong Jin, Rajkumar
Kettimuthu, Martin Suchara
- Abstract要約: 我々は、量子ネットワークの並列シミュレーションの要件を特定し、最初の並列離散事象量子ネットワークシミュレータを開発する。
コントリビューションには、複数のプロセスに分散した共有量子情報を維持する量子状態マネージャの設計と開発が含まれています。
既存のシーケンシャルバージョンと並行してオープンソースツールとして,並列SeQUeNCeシミュレータをリリースする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 56.24769206561207
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum network simulators offer the opportunity to cost-efficiently
investigate potential avenues to building networks that scale with the number
of users, communication distance, and application demands by simulating
alternative hardware designs and control protocols. Several quantum network
simulators have been recently developed with these goals in mind. However, as
the size of the simulated networks increases, sequential execution becomes time
consuming. Parallel execution presents a suitable method for scalable
simulations of large-scale quantum networks, but the unique attributes of
quantum information create some unexpected challenges. In this work we identify
requirements for parallel simulation of quantum networks and develop the first
parallel discrete event quantum network simulator by modifying the existing
serial SeQUeNCe simulator. Our contributions include the design and development
of a quantum state manager (QSM) that maintains shared quantum information
distributed across multiple processes. We also optimize our parallel code by
minimizing the overhead of the QSM and decreasing the amount of synchronization
among processes. Using these techniques, we observe a speedup of 2 to 25 times
when simulating a 1,024-node linear network with 2 to 128 processes. We also
observe efficiency greater than 0.5 for up to 32 processes in a linear network
topology of the same size and with the same workload. We repeat this evaluation
with a randomized workload on a caveman network. Finally, we also introduce
several methods for partitioning networks by mapping them to different parallel
simulation processes. We released the parallel SeQUeNCe simulator as an
open-source tool alongside the existing sequential version.
- Abstract（参考訳）: 量子ネットワークシミュレータは、代替ハードウェアの設計と制御プロトコルをシミュレートすることで、ユーザ数、通信距離、アプリケーション要求に応じてスケールするネットワークを構築するための潜在的手段をコスト効率よく調査する機会を提供する。
いくつかの量子ネットワークシミュレータがこれらの目標を念頭に開発されている。
しかし、シミュレーションネットワークのサイズが大きくなるにつれて、シーケンシャルな実行が時間がかかる。
並列実行は大規模量子ネットワークのスケーラブルなシミュレーションに適しているが、量子情報のユニークな特性は予期せぬ課題を生じさせる。
本研究では、量子ネットワークの並列シミュレーションの要件を特定し、既存のシリアルSeQUeNCeシミュレータを変更することで、最初の並列離散イベント量子ネットワークシミュレータを開発する。
コントリビューションには、複数のプロセスに分散した共有量子情報を維持する量子状態マネージャ(QSM)の設計と開発が含まれている。
また、QSMのオーバーヘッドを最小限に抑え、プロセス間の同期量を減らし、並列コードを最適化する。
これらの手法を用いて、1,024ノードの線形ネットワークを2から128プロセスでシミュレートする際に、2〜25倍の高速化を観測する。
また,同じサイズで同じワークロードの線形ネットワークトポロジにおいて,最大32プロセスに対して0.5以上の効率を観測した。
我々はこの評価を、洞窟マンネットワーク上のランダムなワークロードで繰り返す。
最後に、異なる並列シミュレーションプロセスにマッピングすることでネットワークを分割する方法をいくつか紹介する。
既存のシーケンシャルバージョンと並行してオープンソースツールとして,並列SeQUeNCeシミュレータをリリースしました。
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