論文の概要: Validating quantum-supremacy experiments with exact and fast tensor
network contraction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.04749v1
- Date: Fri, 9 Dec 2022 10:01:02 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 18:25:30.492099
- Title: Validating quantum-supremacy experiments with exact and fast tensor
network contraction
- Title（参考訳）: 完全かつ高速テンソルネットワーク収縮による量子超越実験の検証
- Authors: Yong Liu, Yaojian Chen, Chu Guo, Jiawei Song, Xinmin Shi, Lin Gan,
Wenzhao Wu, Wei Wu, Haohuan Fu, Xin Liu, Dexun Chen, Guangwen Yang, Jiangang
Gao
- Abstract要約: 量子回路は、Google Sycamoreのような量子超越性を宣言し、信頼性の高い結果参照を構築する際のパラドックスを提起する。
従来のコンピュータ上でのシミュレーションは、信頼できる検証を提供する唯一の方法のように見えるが、必要な実行時間は、指数関数的に増大する計算複雑性によって運命づけられる。
本稿では,古典的優位性を生かしたシミュレーション手法を提案し,中間結果を最適に再利用したランダム量子回路の非相関振幅を計算した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 18.69902131028542
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The quantum circuits that declare quantum supremacy, such as Google Sycamore
[Nature \textbf{574}, 505 (2019)], raises a paradox in building reliable result
references. While simulation on traditional computers seems the sole way to
provide reliable verification, the required run time is doomed with an
exponentially-increasing compute complexity. To find a way to validate current
``quantum-supremacy" circuits with more than $50$ qubits, we propose a
simulation method that exploits the ``classical advantage" (the inherent
``store-and-compute" operation mode of von Neumann machines) of current
supercomputers, and computes uncorrelated amplitudes of a random quantum
circuit with an optimal reuse of the intermediate results and a minimal memory
overhead throughout the process. Such a reuse strategy reduces the original
linear scaling of the total compute cost against the number of amplitudes to a
sublinear pattern, with greater reduction for more amplitudes. Based on a
well-optimized implementation of this method on a new-generation Sunway
supercomputer, we directly verify Sycamore by computing three million exact
amplitudes for the experimentally generated bitstrings, obtaining an XEB
fidelity of $0.191\%$ which closely matches the estimated value of $0.224\%$.
Our computation scales up to $41,932,800$ cores with a sustained
single-precision performance of $84.8$ Pflops, which is accomplished within
$8.5$ days. Our method has a far-reaching impact in solving quantum many-body
problems, statistical problems as well as combinatorial optimization problems
where one often needs to contract many tensor networks which share a
significant portion of tensors in common.
- Abstract（参考訳）: Google Sycamore [Nature \textbf{574}, 505 (2019)]のような量子超越性を宣言する量子回路は、信頼できる結果参照を構築する際にパラドックスを発生させる。
従来のコンピュータでのシミュレーションは信頼できる検証を提供する唯一の方法に思えるが、必要な実行時間は指数関数的に増大する計算の複雑さを伴う。
量子超越回路を50ドル以上の量子ビットで検証する方法を見出すために,現在のスーパーコンピュータの ``classical advantage' (von neumannマシン固有の ``store-and-compute" 動作モード) を活用し,中間結果の最適な再利用とプロセス全体のメモリオーバーヘッドの最小化によるランダム量子回路の非相関振幅を計算するシミュレーション手法を提案する。
このような再利用戦略は、サブリニアパターンへの振幅数に対する計算コストの原単位の線形スケーリングを削減し、より多くの振幅に対してより削減する。
新世代のサンウェイ・スーパーコンピュータ上でのこの手法の最適化実装に基づいて、実験により生成されたビットストリングに対して300万の正確な振幅を計算し、推定値0.224\%$と密接に一致する0.191\%$のXEBフィデリティを得ることにより、Sycamoreを直接検証する。
我々の計算は41,932,800ドルコアまでスケールし、持続的な単精度性能は84.8ドルPflopsで、これは8.5ドル日以内に達成される。
提案手法は, 量子多体問題, 統計問題, および, テンソルのかなりの部分を占める多くのテンソルネットワークを契約する必要がある組合せ最適化問題を解く上で, はるかに大きな影響を与える。
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