論文の概要: Simulator Demonstration of Large Scale Variational Quantum Algorithm on
HPC Cluster
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.11878v1
- Date: Mon, 19 Feb 2024 06:34:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-20 18:03:42.620693
- Title: Simulator Demonstration of Large Scale Variational Quantum Algorithm on
HPC Cluster
- Title（参考訳）: HPCクラスタ上での大規模変分量子アルゴリズムのシミュレータ実証
- Authors: Mikio Morita, Yoshinori Tomita, Junpei Koyama, and Koichi Kimura
- Abstract要約: 本研究は,2つの新しい手法を用いて量子シミュレーションを高速化することを目的とする。
VQEシミュレーションの200倍の高速化を実現し,32kbitsの地中エネルギー計算を許容時間で実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Advances in quantum simulator technology is increasingly required because
research on quantum algorithms is becoming more sophisticated and complex.
State vector simulation utilizes CPU and memory resources in computing nodes
exponentially with respect to the number of qubits; furthermore, in a
variational quantum algorithm, the large number of repeated runs by classical
optimization is also a heavy load. This problem has been addressed by preparing
numerous computing nodes or simulation frameworks that work effectively. This
study aimed to accelerate quantum simulation using two newly proposed methods:
to efficiently utilize limited computational resources by adjusting the ratio
of the MPI and distributed processing parallelism corresponding to the target
problem settings and to slim down the Hamiltonian by considering the effect of
accuracy on the calculation result. Ground-state energy calculations of
fermionic model were performed using variational quantum eigensolver (VQE) on
an HPC cluster with up to 1024 FUJITSU Processor A64FX connected to each other
by InfiniBand; the processor is also used on supercomputer Fugaku. We achieved
200 times higher speed over VQE simulations and demonstrated 32 qubits
ground-state energy calculations in acceptable time. This result indicates that
> 30 qubit state vector simulations can be realistically utilized to further
research on variational quantum algorithms.
- Abstract（参考訳）: 量子アルゴリズムの研究がより洗練され複雑になっているため、量子シミュレータ技術の進歩はますます必要とされている。
状態ベクトルシミュレーションは、量子ビット数に関して指数関数的に計算ノード内のcpuとメモリリソースを利用するが、変分量子アルゴリズムでは、古典的最適化による繰り返し実行も重荷である。
この問題は、効果的に動作する多数の計算ノードやシミュレーションフレームワークを準備することで解決されている。
本研究は,mpiの比率を調整して限られた計算資源を効率的に活用し,目標問題に対応する分散処理並列処理を効果的に活用し,計算結果に対する精度の影響を考慮してハミルトニアンをスリム化することを目的とした。
InfiniBandにより最大1024個のFUJITSUプロセッサA64FXを接続したHPCクラスタ上で,変分量子固有解器(VQE)を用いてフェルミオンモデルの基底状態エネルギー計算を行った。
VQEシミュレーションの200倍の高速化を実現し,32kbitsの地中エネルギー計算を許容時間で実証した。
この結果は、30 量子ビット状態ベクトルシミュレーションが、変分量子アルゴリズムのさらなる研究に現実的に利用できることを示している。
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