論文の概要: Systems Architecture for Quantum Random Access Memory
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.03242v2
- Date: Fri, 29 Sep 2023 19:50:36 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-10-03 17:23:12.767639
- Title: Systems Architecture for Quantum Random Access Memory
- Title（参考訳）: 量子ランダムアクセスメモリのためのシステムアーキテクチャ
- Authors: Shifan Xu, Connor T. Hann, Ben Foxman, Steven M. Girvin, Yongshan Ding
- Abstract要約: 量子ランダムアクセスメモリ(QRAM)は、量子クエリを実現するための有望なアーキテクチャである。
提案するQRAMの固有バイアスノイズレジリエンスを、NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)またはFTQC(Fault-Tolerant Quantum Computing)ハードウェア上で実装する方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6386668251980657
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Operating on the principles of quantum mechanics, quantum algorithms hold the
promise for solving problems that are beyond the reach of the best-available
classical algorithms. An integral part of realizing such speedup is the
implementation of quantum queries, which read data into forms that quantum
computers can process. Quantum random access memory (QRAM) is a promising
architecture for realizing quantum queries. However, implementing QRAM in
practice poses significant challenges, including query latency, memory capacity
and fault-tolerance.
In this paper, we propose the first end-to-end system architecture for QRAM.
First, we introduce a novel QRAM that hybridizes two existing implementations
and achieves asymptotically superior scaling in space (qubit number) and time
(circuit depth). Like in classical virtual memory, our construction enables
queries to a virtual address space larger than what is actually available in
hardware. Second, we present a compilation framework to synthesize, map, and
schedule QRAM circuits on realistic hardware. For the first time, we
demonstrate how to embed large-scale QRAM on a 2D Euclidean space, such as a
grid layout, with minimal routing overhead. Third, we show how to leverage the
intrinsic biased-noise resilience of the proposed QRAM for implementation on
either Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) or Fault-Tolerant Quantum
Computing (FTQC) hardware. Finally, we validate these results numerically via
both classical simulation and quantum hardware experimentation. Our novel
Feynman-path-based simulator allows for efficient simulation of noisy QRAM
circuits at a larger scale than previously possible. Collectively, our results
outline the set of software and hardware controls needed to implement practical
QRAM.
- Abstract（参考訳）: 量子力学の原理に基づいて動作する量子アルゴリズムは、最もよく利用可能な古典的アルゴリズムの到達範囲を超えている問題の解決を約束する。
このようなスピードアップを実現する上で不可欠な部分は、量子コンピュータが処理できる形式にデータを読み込む量子クエリの実装である。
量子ランダムアクセスメモリ(QRAM)は、量子クエリを実現するための有望なアーキテクチャである。
しかし、実際にQRAMを実装することは、クエリ待ち時間、メモリ容量、フォールトトレランスなど、大きな課題をもたらす。
本稿では,QRAMのためのエンドツーエンドシステムアーキテクチャを提案する。
まず,既存の2つの実装をハイブリッド化し,空間(量子数)と時間(深さ)の漸近的に優れたスケーリングを実現する新しいqramを提案する。
従来の仮想メモリと同様に、我々の構成はハードウェアで実際に利用可能なものよりも大きな仮想アドレス空間へのクエリを可能にする。
第2に,実ハードウェア上でQRAM回路を合成,マップ,スケジュールするコンパイルフレームワークを提案する。
グリッドレイアウトのような2次元ユークリッド空間に、最小限のルーティングオーバーヘッドで大規模qramを組み込む方法が、初めて実証された。
第3に,提案するQRAMの固有バイアスノイズレジリエンスを,ノイズ中規模量子 (NISQ) とフォールトトレラント量子コンピューティング (FTQC) のハードウェア上で実装する方法を示す。
最後に、これらの結果を古典的シミュレーションと量子ハードウェア実験の両方を通して数値的に検証する。
提案するfeynman-path-based simulatorは,従来よりも大規模でノイズの多いqram回路の効率的なシミュレーションを可能にする。
そこで本研究では,QRAMの実装に必要なソフトウェアおよびハードウェア制御の集合について概説した。
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