論文の概要: Q-Profile: Profiling Tool for Quantum Control Stacks applied to the
Quantum Approximate Optimization Algorithm
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.01450v1
- Date: Thu, 2 Mar 2023 18:08:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-03 13:17:08.850368
- Title: Q-Profile: Profiling Tool for Quantum Control Stacks applied to the
Quantum Approximate Optimization Algorithm
- Title（参考訳）: Q-Profile: 量子近似最適化アルゴリズムに適用した量子制御スタックのプロファイリングツール
- Authors: Koen J. Mesman, Francesco Battistel, Edgar Reehuis, Damaz de Jong,
Marijn J. Tiggelman, Jordy Gloudemans, Jules C. van Oven, Cornelis C. Bultink
- Abstract要約: 本稿では、ホストCPUから制御スタックへの直接接続を利用することで、問題を回避できる量子制御スタックをプロファイリングするQ-Profileを提案する。
その結果、受動量子ビットリセットと通信オーバヘッドにおける大きな実行ボトルネックが明らかになった。
拡張によって、このツールは将来の量子加速のボトルネックを特定し、排除することができる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Scaling up the number of qubits and speeding up the execution of quantum
algorithms are important steps towards reaching quantum advantage. This poses
heavy demands particularly on the control stack, as pulses need to be
distributed to an increasing number of control channels and variational
algorithms require rapid interleaving of quantum and classical computation.
Assessing the bottlenecks in the control stack is therefore key to making it
ready for reaching quantum advantage. However, existing benchmark suites suffer
from lack of detail due to indirect access to the control hardware. In this
work, we present Q-Profile, a tool to profile quantum control stacks that
circumvents these issues by utilizing a direct connection from the host CPU to
the control stack, providing fine accuracy in measuring the runtime and
allowing to identify performance bottlenecks. We demonstrate the use of our
tool by benchmarking the Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) on a
Qblox Cluster for a virtual 4 to 14-qubit transmon system. Our results identify
the major execution bottlenecks in the passive qubit reset and communication
overhead. We estimate a 1.40x~speedup with respect to the total runtime by
using an active qubit reset, instead of passive reset, and demonstrate a
further speedup of 1.37x by parallel initialization of the control modules. The
presented method of profiling is applicable to other control-stack providers,
as well as to other benchmarks, while still providing detailed information
beyond a single metric. By extension, this tool will enable identifying and
eliminating bottlenecks for future quantum acceleration. The profiling tool is
included in the open-source Quantify quantum control software, which allows
support for multiple back-ends.
- Abstract（参考訳）: 量子ビット数をスケールアップし、量子アルゴリズムの実行をスピードアップすることは、量子アドバンテージに到達するための重要なステップである。
パルスをより多くの制御チャネルに分散させる必要があり、変分アルゴリズムは量子計算と古典計算を迅速にインターリーブする必要がある。
したがって、制御スタックのボトルネックを評価することは、量子優位に達する準備が整うための鍵となる。
しかし、既存のベンチマークスイートは制御ハードウェアへの間接アクセスのために詳細が不足している。
本稿では、ホストCPUから制御スタックへの直接接続を利用して、これらの問題を回避するための量子制御スタックをプロファイルするツールであるQ-Profileについて述べる。
仮想4ビットから14ビットのトランスモンシステムのためのQblox Cluster上でQuantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA)をベンチマークすることで,我々のツールの利用を実証する。
その結果、受動量子ビットリセットと通信オーバーヘッドの主な実行ボトルネックが明らかになった。
我々は、パッシブリセットの代わりにアクティブキュービットリセットを用いて、全実行時の1.40x~スピードアップを推定し、制御モジュールの並列初期化によりさらに1.37xのスピードアップを示す。
提示されたプロファイリング方法は、他のコントロールスタックプロバイダや、他のベンチマークにも適用でき、単一のメトリックを超えた詳細な情報を提供する。
拡張によって、このツールは将来の量子加速のボトルネックを特定し、排除することができる。
このプロファイリングツールは、オープンソースのquantify量子制御ソフトウェアに含まれており、複数のバックエンドをサポートすることができる。
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