論文の概要: SimuQ: A Domain-Specific Language For Quantum Simulation With Analog Compilation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.02775v1
• Date: Sun, 5 Mar 2023 21:28:05 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-07 17:47:32.246278
• Title: SimuQ: A Domain-Specific Language For Quantum Simulation With Analog Compilation
• Title（参考訳）: SimuQ: アナログコンパイルによる量子シミュレーションのためのドメイン特化言語
• Authors: Yuxiang Peng, Jacob Young, Pengyu Liu, Xiaodi Wu
• Abstract要約: ハミルトンシミュレーションは量子コンピューティングの最も有望な応用の1つである。 SimuQはハミルトンシミュレーションのための最初のドメイン固有言語である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.325885836404838
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Hamiltonian simulation is one of the most promising applications of quantum computing. Recent experimental results suggest that continuous-time analog quantum simulation would be advantageous over gate-based digital quantum simulation in the Noisy Intermediate-Size Quantum (NISQ) machine era. However, programming such analog quantum simulators is much more challenging due to the lack of a unified interface between hardware and software, and the only few known examples are all hardware-specific. In this paper, we design and implement SimuQ, the first domain-specific language for Hamiltonian simulation that supports pulse-level compilation to heterogeneous analog quantum simulators. Specifically, in SimuQ, front-end users will specify the target Hamiltonian evolution with a Hamiltonian modeling language, and the programmability of analog simulators is specified through a new abstraction called the abstract analog instruction set by hardware providers. Through a solver-based compilation, SimuQ will generate the pulse-level instruction schedule on the target analog simulator for the desired Hamiltonian evolution, which has been demonstrated on pulse-controlled superconducting (Qiskit Pulse) and neutral-atom (QuEra Bloqade) quantum systems, as well as on normal circuit-based digital quantum machines. Moreover, we also demonstrate the advantage of analog compilation over digital compilation on IBM machines, the use of SimuQ for resource estimation for hypothetical machines, and a scalability test of SimuQ's compilation.
• Abstract（参考訳）: ハミルトンシミュレーションは量子コンピューティングの最も有望な応用の1つである。 最近の実験結果は、ノイズ中規模量子(nisq)マシン時代のゲート型ディジタル量子シミュレーションよりも、連続時間アナログ量子シミュレーションの方が有利であることを示唆している。 しかし、そのようなアナログ量子シミュレータのプログラミングは、ハードウェアとソフトウェアの間に統一されたインターフェースが欠如しているため、はるかに難しい。 本稿では,ヘテロジニアスアナログ量子シミュレータへのパルスレベルのコンパイルをサポートする,ハミルトンシミュレーションのための最初のドメイン固有言語simuqの設計と実装を行う。 具体的には、simuqでは、フロントエンドユーザーはハミルトンのモデリング言語でターゲットのハミルトニアン進化を指定でき、アナログシミュレータのプログラミング性はハードウェアプロバイダが設定した抽象アナログ命令と呼ばれる新しい抽象化によって指定される。 ソルバベースのコンパイルを通じて、simuqは、パルス制御超伝導(qiskit pulse)と中性原子(quera bloqade)量子システム、および通常の回路ベースのデジタル量子マシンで実証された、希望するハミルトニアン進化のためのターゲットアナログシミュレータのパルスレベルの命令スケジュールを生成する。 さらに,IBM マシン上でのデジタルコンパイルよりもアナログコンパイルの方が優れていること,仮説マシンの資源推定に SimuQ を用いること,および SimuQ のコンパイルのスケーラビリティテストについても示す。

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