論文の概要: Parallelizing quantum simulation with decision diagrams

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.01570v1
• Date: Mon, 4 Dec 2023 02:00:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-05 16:48:21.187297
• Title: Parallelizing quantum simulation with decision diagrams
• Title（参考訳）: 決定図を用いた並列量子シミュレーション
• Authors: Shaowen Li, Yusuke Kimura, Hiroyuki Sato, Junwei Yu, Masahiro Fujita
• Abstract要約: 古典的コンピュータは量子アルゴリズムのシミュレーションにおいて重要な障害に直面している。 量子状態はヒルベルト空間に存在し、その大きさは指数関数的に増加する。 本研究は、決定図演算を並列化するいくつかの戦略、特に量子シミュレーションについて検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.5999037208435705
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Recent technological advancements show promise in leveraging quantum mechanical phenomena for computation. This brings substantial speed-ups to problems that are once considered to be intractable in the classical world. However, the physical realization of quantum computers is still far away from us, and a majority of research work is done using quantum simulators running on classical computers. Classical computers face a critical obstacle in simulating quantum algorithms. Quantum states reside in a Hilbert space whose size grows exponentially to the number of subsystems, i.e., qubits. As a result, the straightforward statevector approach does not scale due to the exponential growth of the memory requirement. Decision diagrams have gained attention in recent years for representing quantum states and operations in quantum simulations. The main advantage of this approach is its ability to exploit redundancy. However, mainstream quantum simulators still rely on statevectors or tensor networks. We consider the absence of decision diagrams due to the lack of parallelization strategies. This work explores several strategies for parallelizing decision diagram operations, specifically for quantum simulations. We propose optimal parallelization strategies. Based on the experiment results, our parallelization strategy achieves a 2-3 times faster simulation of Grover's algorithm and random circuits than the state-of-the-art single-thread DD-based simulator DDSIM.
• Abstract（参考訳）: 最近の技術進歩は、量子力学現象を計算に活用することを約束している。 これは、かつて古典的世界では難解であると考えられていた問題にかなりのスピードアップをもたらす。 しかし、量子コンピュータの物理的実現はわれわれには程遠いものであり、研究の大部分は古典的なコンピュータ上で動く量子シミュレータを用いて行われている。 古典的コンピュータは量子アルゴリズムのシミュレーションにおいて重要な障害に直面している。 量子状態はヒルベルト空間に存在し、その大きさはサブシステム、すなわち量子ビットの数に指数関数的に増加する。 その結果、ストレートな状態ベクトルアプローチは、メモリ要求の指数関数的な増加のためにスケールしない。 近年、量子状態の表現や量子シミュレーションの操作のために決定図が注目されている。 このアプローチの主な利点は冗長性を利用する能力である。 しかし、主流の量子シミュレータは状態ベクトルやテンソルネットワークに依存している。 我々は,並列化戦略の欠如による意思決定図の欠如を考える。 本研究は、特に量子シミュレーションにおいて、決定ダイアグラム演算を並列化するいくつかの戦略を探求する。 最適な並列化戦略を提案する。 実験結果に基づき,本手法は,最先端のシングルスレッドddベースのシミュレータddsimよりも,groverのアルゴリズムとランダム回路の2～3倍高速シミュレーションを実現する。

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