論文の概要: One-Time Compilation of Device-Level Instructions for Quantum
Subroutines
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.10787v1
- Date: Mon, 21 Aug 2023 15:23:09 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-08-22 13:01:14.627299
- Title: One-Time Compilation of Device-Level Instructions for Quantum
Subroutines
- Title（参考訳）: 量子サブルーチンのためのデバイスレベル命令のワンタイムコンパイル
- Authors: Aniket S. Dalvi, Jacob Whitlow, Marissa D'Onofrio, Leon Riesebos,
Tianyi Chen, Samuel Phiri, Kenneth R. Brown and Jonathan M. Baker
- Abstract要約: デバイスレベルの部分コンパイル(DLPC)技術を開発し,コンパイルオーバーヘッドをほぼ一定に抑える。
我々は、この修正パイプラインを実際の捕捉イオン量子コンピュータ上で実行し、コンパイル時間の大幅な削減を観察する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 22.730983120623574
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: A large class of problems in the current era of quantum devices involve
interfacing between the quantum and classical system. These include calibration
procedures, characterization routines, and variational algorithms. The control
in these routines iteratively switches between the classical and the quantum
computer. This results in the repeated compilation of the program that runs on
the quantum system, scaling directly with the number of circuits and
iterations. The repeated compilation results in a significant overhead
throughout the routine. In practice, the total runtime of the program
(classical compilation plus quantum execution) has an additional cost
proportional to the circuit count. At practical scales, this can dominate the
round-trip CPU-QPU time, between 5% and 80%, depending on the proportion of
quantum execution time.
To avoid repeated device-level compilation, we identify that machine code can
be parametrized corresponding to pulse/gate parameters which can be dynamically
adjusted during execution. Therefore, we develop a device-level
partial-compilation (DLPC) technique that reduces compilation overhead to
nearly constant, by using cheap remote procedure calls (RPC) from the QPU
control software to the CPU. We then demonstrate the performance speedup of
this on optimal pulse calibration, system characterization using randomized
benchmarking (RB), and variational algorithms. We execute this modified
pipeline on real trapped-ion quantum computers and observe significant
reductions in compilation time, as much as 2.7x speedup for small-scale VQE
problems.
- Abstract（参考訳）: 現在の量子デバイス時代における大きな問題は、量子システムと古典システムの間の相互作用である。
これには校正手順、特徴づけルーチン、変分アルゴリズムが含まれる。
これらのルーチンの制御は、古典コンピュータと量子コンピュータを反復的に切り替える。
これにより、量子システム上で実行されるプログラムの繰り返しコンパイルが行われ、回路数やイテレーション数と直接的にスケーリングされる。
繰り返しのコンパイルによって、ルーチン全体の大きなオーバーヘッドが発生します。
実際には、プログラムの全実行(古典的なコンパイルと量子実行)は、回路数に比例する追加のコストを持つ。
実用的なスケールでは、量子実行時間の比率に応じて、ラウンドトリップcpu-qpu時間(5%から80%)を支配できる。
繰り返しデバイスレベルのコンパイルを避けるため、実行中に動的に調整できるパルス/ゲートパラメータに対応する機械コードをパラメータ化できる。
そこで我々は,QPU制御ソフトウェアからCPUへの安価なリモートプロシージャコール(RPC)を用いることで,コンパイルオーバーヘッドをほぼ一定に抑えるデバイスレベル部分コンパイル(DLPC)技術を開発した。
次に、最適なパルスキャリブレーション、ランダム化ベンチマーク(RB)を用いたシステム特性評価、変分アルゴリズムによる性能向上を示す。
我々は、この修正パイプラインを実際の捕捉イオン量子コンピュータ上で実行し、小さなVQE問題に対して2.7倍の速度でコンパイル時間を大幅に短縮する。
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