論文の概要: Optimized Quantum Program Execution Ordering to Mitigate Errors in
Simulations of Quantum Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.12713v1
- Date: Wed, 23 Mar 2022 20:22:08 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-21 02:31:47.178100
- Title: Optimized Quantum Program Execution Ordering to Mitigate Errors in
Simulations of Quantum Systems
- Title（参考訳）: 量子システムのシミュレーションにおける誤差軽減のための最適量子プログラム実行順序
- Authors: Teague Tomesh, Kaiwen Gui, Pranav Gokhale, Yunong Shi, Frederic T.
Chong, Margaret Martonosi, Martin Suchara
- Abstract要約: ハミルトニアン・シミュレーション(英: Hamiltonian Simulation、HS)は、物理学と化学における重要な問題である。
このタスクでは、量子コンピュータ上で動作するアルゴリズムは古典的アルゴリズムよりも指数関数的に高速であることが知られている。
我々の研究は、両方の目標を同時に進めるコンパイル戦略を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.945601123742983
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Simulating the time evolution of a physical system at quantum mechanical
levels of detail -- known as Hamiltonian Simulation (HS) -- is an important and
interesting problem across physics and chemistry. For this task, algorithms
that run on quantum computers are known to be exponentially faster than
classical algorithms; in fact, this application motivated Feynman to propose
the construction of quantum computers. Nonetheless, there are challenges in
reaching this performance potential.
Prior work has focused on compiling circuits (quantum programs) for HS with
the goal of maximizing either accuracy or gate cancellation. Our work proposes
a compilation strategy that simultaneously advances both goals. At a high
level, we use classical optimizations such as graph coloring and travelling
salesperson to order the execution of quantum programs. Specifically, we group
together mutually commuting terms in the Hamiltonian (a matrix characterizing
the quantum mechanical system) to improve the accuracy of the simulation. We
then rearrange the terms within each group to maximize gate cancellation in the
final quantum circuit. These optimizations work together to improve HS
performance and result in an average 40% reduction in circuit depth. This work
advances the frontier of HS which in turn can advance physical and chemical
modeling in both basic and applied sciences.
- Abstract（参考訳）: 量子力学レベルでの物理系の時間進化をシミュレーションする - ハミルトンシミュレーション(英語版)(HS)として知られる - は物理学や化学において重要な問題である。
このタスクのために、量子コンピュータ上で動作するアルゴリズムは古典的なアルゴリズムよりも指数関数的に高速であることが知られている。
それでも、このパフォーマンスの可能性には課題があります。
これまでの作業では、HSの回路(量子プログラム)のコンパイルに重点を置いており、精度の最大化とゲートキャンセルを目標としている。
我々の研究は、両方の目標を同時に進めるコンパイル戦略を提案する。
高レベルでは、グラフ彩色や旅行セールスパーソンといった古典的な最適化を使って量子プログラムの実行を順序付けします。
具体的には、ハミルトニアン(量子力学系を特徴づける行列)の相互可換項をグループ化し、シミュレーションの精度を向上させる。
次に、各群内の項を並べ替え、最終量子回路におけるゲートキャンセルを最大化する。
これらの最適化によってHS性能が向上し、回路深さが平均40%減少する。
この研究はHSのフロンティアを前進させ、基礎科学と応用科学の両方において物理的および化学的モデリングを前進させることができる。
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