論文の概要: Quantum Hardware Roofline: Evaluating the Impact of Gate Expressivity on Quantum Processor Design

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.00132v1
• Date: Thu, 29 Feb 2024 21:28:18 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-05 19:07:46.095541
• Title: Quantum Hardware Roofline: Evaluating the Impact of Gate Expressivity on Quantum Processor Design
• Title（参考訳）: 量子ハードウェアルーフライン:ゲート表現性が量子プロセッサ設計に与える影響の評価
• Authors: Justin Kalloor, Mathias Weiden, Ed Younis, John Kubiatowicz, Bert De Jong, Costin Iancu
• Abstract要約: 本稿では,NISQシステム間のハードウェア設計トレードオフについて検討し,アルゴリズムとハードウェア設計の選択をガイドする。 評価はアルゴリズムのワークロードとアルゴリズムの忠実度モデルによって駆動される。 ハードウェアプラットフォームにおけるアルゴリズムの適合性を評価する方法を提供することにより、量子コンピューティングにおけるハードウェア・ソフトウェア共同設計の重要性を強調する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8341988468339112
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The design space of current quantum computers is expansive with no obvious winning solution. This leaves practitioners with a clear question: "What is the optimal system configuration to run an algorithm?". This paper explores hardware design trade-offs across NISQ systems to guide algorithm and hardware design choices. The evaluation is driven by algorithmic workloads and algorithm fidelity models which capture architectural features such as gate expressivity, fidelity, and crosstalk. We also argue that the criteria for gate design and selection should be extended from maximizing average fidelity to a more comprehensive approach that takes into account the gate expressivity with respect to algorithmic structures. We consider native entangling gates (CNOT, ECR, CZ, ZZ, XX, Sycamore, $\sqrt{\text{iSWAP}}$), proposed gates (B Gate, $\sqrt[4]{\text{CNOT}}$, $\sqrt[8]{\text{CNOT}}$), as well as parameterized gates (FSim, XY). Our methodology is driven by a custom synthesis driven circuit compilation workflow, which is able to produce minimal circuit representations for a given system configuration. By providing a method to evaluate the suitability of algorithms for hardware platforms, this work emphasizes the importance of hardware-software co-design for quantum computing.
• Abstract（参考訳）: 現在の量子コンピュータの設計空間は拡張的で、明らかな勝利の解決策はない。 アルゴリズムを実行するのに最適なシステム構成は何ですか? 本稿では,nisqシステム間のハードウェア設計トレードオフを調査し,アルゴリズムとハードウェア設計の選択を導く。 評価はアルゴリズムのワークロードとアルゴリズムの忠実度モデルによって行われ、ゲート表現性、忠実度、クロストークといったアーキテクチャ的特徴をキャプチャする。 また、ゲート設計と選択の基準は、平均忠実度を最大化することから、アルゴリズム構造に対するゲート表現性を考慮したより包括的なアプローチへと拡張されるべきである。 我々はネイティブな絡み合ったゲート (cnot, ecr, cz, zz, xx, sycamore, $\sqrt{\text{iswap}}$), 提案ゲート (b gate, $\sqrt[4]{\text{cnot}}$, $\sqrt[8]{\text{cnot}}$) およびパラメータ付きゲート (fsim, xy) を考える。 我々の手法は、特定のシステム構成に対して最小限の回路表現を生成できるカスタム合成駆動回路コンパイルワークフローによって駆動される。 ハードウェアプラットフォームのアルゴリズムの適合性を評価する方法を提供することで、量子コンピューティングにおけるハードウェア・ソフトウェア共同設計の重要性を強調する。

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