論文の概要: SimuQ: A Framework for Programming Quantum Hamiltonian Simulation with
Analog Compilation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.02775v3
- Date: Sun, 19 Nov 2023 02:13:31 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-22 20:11:05.084050
- Title: SimuQ: A Framework for Programming Quantum Hamiltonian Simulation with
Analog Compilation
- Title（参考訳）: SimuQ: アナログコンパイルによる量子ハミルトンシミュレーションのプログラミングフレームワーク
- Authors: Yuxiang Peng, Jacob Young, Pengyu Liu, Xiaodi Wu
- Abstract要約: 量子ハミルトニアンシミュレーションのための最初のフレームワークであるSimuQを設計・実装する。
SimuQは、異種アナログ量子シミュレータへのハミルトン計画とパルスレベルのコンパイルをサポートする。
我々は、ネイティブ操作やインタラクションベースのゲートを持つデバイスのハミルトンレベルのプログラマビリティを公開する利点を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 10.500024141116675
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum Hamiltonian simulation, which simulates the evolution of quantum
systems and probes quantum phenomena, is one of the most promising applications
of quantum computing. Recent experimental results suggest that
Hamiltonian-oriented analog quantum simulation would be advantageous over
circuit-oriented digital quantum simulation in the Noisy Intermediate-Scale
Quantum (NISQ) machine era. However, programming analog quantum simulators is
much more challenging due to the lack of a unified interface between hardware
and software. In this paper, we design and implement SimuQ, the first framework
for quantum Hamiltonian simulation that supports Hamiltonian programming and
pulse-level compilation to heterogeneous analog quantum simulators.
Specifically, in SimuQ, front-end users specify the target quantum system with
Hamiltonian Modeling Language, and the Hamiltonian-level programmability of
analog quantum simulators is specified through a new abstraction called the
abstract analog instruction set (AAIS) and programmed in AAIS Specification
Language by hardware providers. Through a solver-based compilation, SimuQ
generates executable pulse schedules for real devices to simulate the evolution
of desired quantum systems, which is demonstrated on superconducting (IBM),
neutral-atom (QuEra), and trapped-ion (IonQ) quantum devices. Moreover, we
demonstrate the advantages of exposing the Hamiltonian-level programmability of
devices with native operations or interaction-based gates and establish a small
benchmark of quantum simulation to evaluate SimuQ's compiler with the above
analog quantum simulators.
- Abstract（参考訳）: 量子系の進化をシミュレートし、量子現象を探究する量子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。
最近の実験結果から、ハミルトニアン指向アナログ量子シミュレーションは、ノイズ中間スケール量子(NISQ)マシン時代の回路指向デジタル量子シミュレーションよりも有利であることが示唆された。
しかし、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統一インターフェースが欠如しているため、はるかに困難である。
本稿では、ハミルトン計画とパルスレベルコンパイルをサポートする量子ハミルトンシミュレーションのための最初のフレームワークであるSimuQを、異種アナログ量子シミュレータに設計、実装する。
具体的には、SimuQでは、フロントエンドユーザーがターゲットの量子システムをハミルトンモデリング言語で指定し、アナログ量子シミュレータのハミルトンレベルのプログラマビリティは、抽象アナログ命令セット(AAIS)と呼ばれる新しい抽象化によって指定され、ハードウェアプロバイダによってAIS仕様言語でプログラムされる。
ソルバベースのコンパイルにより、simuqは実デバイスで実行可能なパルススケジュールを生成し、超伝導(ibm)、中性原子(quera)、閉じ込められたイオン(ionq)量子デバイスで実証される所望の量子システムの進化をシミュレートする。
さらに,SimuQのコンパイラを上記のアナログ量子シミュレータで評価するために,ネイティブ操作やインタラクションベースゲートを持つデバイスのハミルトンレベルプログラマビリティを公開するという利点を実証し,量子シミュレーションの小さなベンチマークを確立する。
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