Fugu-MT 論文翻訳(概要): TornadoQSim: An Open-source High-Performance and Modular Quantum Circuit Simulation Framework

論文の概要: TornadoQSim: An Open-source High-Performance and Modular Quantum Circuit Simulation Framework

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.14398v1
Date: Tue, 23 May 2023 08:41:24 GMT
ステータス: 処理完了
システム内更新日: 2023-05-26 00:26:23.038105
Title: TornadoQSim: An Open-source High-Performance and Modular Quantum Circuit Simulation Framework
Title（参考訳）: TornadoQSim: オープンソースの高性能モジュール量子回路シミュレーションフレームワーク
Authors: Ales Kubicek, Athanasios Stratikopoulos, Juan Fumero, Nikos Foutris, Christos Kotselidis
Abstract要約: 本稿では,Javaで実装されたオープンソースの量子回路シミュレーションフレームワークであるTornadoQSimを紹介する。提案するフレームワークは,ユーザ定義のシミュレーションバックエンドを収容するために,モジュール化され,容易に拡張できるように設計されている。 TornadoQSimはTornadoVMを使用して、シミュレーションバックエンドの一部を異種ハードウェアに自動的にコンパイルする。
参考スコア（独自算出の注目度）: 0.20999222360659603
License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Abstract: In this article, we present TornadoQSim, an open-source quantum circuit simulation framework implemented in Java. The proposed framework has been designed to be modular and easily expandable for accommodating different user-defined simulation backends, such as the unitary matrix simulation technique. Furthermore, TornadoQSim features the ability to interchange simulation backends that can simulate arbitrary quantum circuits. Another novel aspect of TornadoQSim over other quantum simulators is the transparent hardware acceleration of the simulation backends on heterogeneous devices. TornadoQSim employs TornadoVM to automatically compile parts of the simulation backends onto heterogeneous hardware, thereby addressing the fragmentation in development due to the low-level heterogeneous programming models. The evaluation of TornadoQSim has shown that the transparent utilization of GPU hardware can result in up to 506.5$x$ performance speedup when compared to the vanilla Java code for a fully entangled quantum circuit of 11 qubits. Other evaluated quantum algorithms have been the Deutsch-Jozsa algorithm (493.10$x$ speedup for a 11-qubit circuit) and the quantum Fourier transform algorithm (518.12$x$ speedup for a 11-qubit circuit). Finally, the best TornadoQSim implementation of unitary matrix has been evaluated against a semantically equivalent simulation via Qiskit. The comparative evaluation has shown that the simulation with TornadoQSim is faster for small circuits, while for large circuits Qiskit outperforms TornadoQSim by an order of magnitude.
Abstract（参考訳）: 本稿では,Javaで実装されたオープンソースの量子回路シミュレーションフレームワークであるTornadoQSimを紹介する。提案フレームワークは,ユニタリマトリクスシミュレーション手法など,ユーザ定義の異なるシミュレーションバックエンドに対応するためにモジュール化され,容易に拡張できるように設計されている。さらに、TornadoQSimは任意の量子回路をシミュレートできるシミュレーションバックエンドを交換する機能を備えている。他の量子シミュレータに対するTornadoQSimのもうひとつの新しい側面は、異種デバイス上のシミュレーションバックエンドの透過的なハードウェアアクセラレーションである。 TornadoQSimはTornadoVMを使ってシミュレーションバックエンドの一部を不均一なハードウェアに自動的にコンパイルする。 TornadoQSimの評価によれば、GPUハードウェアの透過的な利用により、11量子ビットの完全絡み合った量子回路のバニラJavaコードと比較して、最大506.5$xの性能向上が得られる。その他の評価された量子アルゴリズムとしては、Deutsch-Jozsaアルゴリズム(11ビット回路の493.10$x$スピードアップ)や量子フーリエ変換アルゴリズム(11ビット回路の518.12$x$スピードアップ)がある。最後に、一意行列の最良のTornadoQSim実装は、Qiskitによる意味論的に等価なシミュレーションに対して評価されている。比較評価の結果,小型回路ではtornadoqsimのシミュレーションが高速であり,大規模回路ではqiskitがtornadoqsimよりも桁違いに高速であることがわかった。

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