論文の概要: QPU-System Co-Design for Quantum HPC Accelerators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.11449v4
• Date: Thu, 8 Sep 2022 17:55:02 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-30 00:06:48.079826
• Title: QPU-System Co-Design for Quantum HPC Accelerators
• Title（参考訳）: 量子HPC加速器のQPUシステム共設計
• Authors: Karen Wintersperger, Hila Safi and Wolfgang Mauerer
• Abstract要約: 量子プログラムの実行時における異なるパラメータの影響について検討する。 我々は、共同設計アプローチの可能性と限界について、HPCコミュニティに直感を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.2543855067453675
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The use of quantum processing units (QPUs) promises speed-ups for solving computational problems, but the quantum devices currently available possess only a very limited number of qubits and suffer from considerable imperfections. One possibility to progress towards practical utility is to use a co-design approach: Problem formulation and algorithm, but also the physical QPU properties are tailored to the specific application. Since QPUs will likely be used as accelerators for classical computers, details of systemic integration into existing architectures are another lever to influence and improve the practical utility of QPUs. In this work, we investigate the influence of different parameters on the runtime of quantum programs on tailored hybrid CPU-QPU-systems. We study the influence of communication times between CPU and QPU, how adapting QPU designs influences quantum and overall execution performance, and how these factors interact. Using a simple model that allows for estimating which design choices should be subjected to optimisation for a given task, we provide an intuition to the HPC community on potentials and limitations of co-design approaches. We also discuss physical limitations for implementing the proposed changes on real quantum hardware devices.
• Abstract（参考訳）: 量子処理ユニット(qpus)の使用は計算問題を解決するためにスピードアップを約束するが、現在利用可能な量子デバイスは限られた数の量子ビットしか持たず、かなりの不完全さに苦しんでいる。 実用性に向けて前進する可能性の1つは、問題定式化とアルゴリズムの共設計アプローチを使用することであるが、物理QPU特性は特定のアプリケーションに合わせて調整されている。 QPUは古典的コンピュータのアクセラレータとして使われる可能性が高いため、既存のアーキテクチャへのシステム統合の詳細は、QPUの実用性に影響を及ぼし改善するためのレバーである。 本研究では,異なるパラメータが量子プログラムの実行時間に与える影響について検討する。 本稿では、CPUとQPU間の通信時間の影響、QPU設計の適応が量子および全体実行性能に与える影響、およびこれらの要因の相互作用について検討する。 与えられたタスクに対してどの設計選択を最適化すべきかを推定するシンプルなモデルを用いて,共同設計アプローチの可能性と限界について,hpcコミュニティに直観する。 また、実際の量子ハードウェアデバイス上での提案する変更を実装する際の物理的制約についても論じる。

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