論文の概要: DiaQ: Efficient State-Vector Quantum Simulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.01250v1
• Date: Tue, 30 Apr 2024 23:15:55 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-03 16:34:40.917759
• Title: DiaQ: Efficient State-Vector Quantum Simulation
• Title（参考訳）: DiaQ: 効率的な状態ベクトル量子シミュレーション
• Authors: Srikar Chundury, Jiajia Li, In-Saeng Suh, Frank Mueller,
• Abstract要約: 本稿では,量子回路に内在する親密度パターンについて述べる。 量子特異性を利用した新しいスパース行列フォーマットであるDiaQを導入し,シミュレーション性能を向上する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.2854510798816525
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In the current era of Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) computing, efficient digital simulation of quantum systems holds significant importance for quantum algorithm development, verification and validation. However, analysis of sparsity within these simulations remains largely unexplored. In this paper, we present a novel observation regarding the prevalent sparsity patterns inherent in quantum circuits. We introduce DiaQ, a new sparse matrix format tailored to exploit this quantum-specific sparsity, thereby enhancing simulation performance. Our contribution extends to the development of libdiaq, a numerical library implemented in C++ with OpenMP for multi-core acceleration and SIMD vectorization, featuring essential mathematical kernels for digital quantum simulations. Furthermore, we integrate DiaQ with SV-Sim, a state vector simulator, yielding substantial performance improvements across various quantum circuits (e.g., ~26.67% for GHZ-28 and ~32.72% for QFT-29 with multi-core parallelization and SIMD vectorization on Frontier). Evaluations conducted on benchmarks from SupermarQ and QASMBench demonstrate that DiaQ represents a significant step towards achieving highly efficient quantum simulations.
• Abstract（参考訳）: NISQ(Noisy Intermediate Scale Quantum)コンピューティングの現在において、量子システムの効率的なデジタルシミュレーションは量子アルゴリズムの開発、検証、検証において重要な役割を担っている。 しかし、これらのシミュレーションにおけるスパーシリティの分析はほとんど未解明のままである。 本稿では,量子回路に内在する親密度パターンについて,新しい観察結果を示す。 量子特異性を利用した新しいスパース行列フォーマットであるDiaQを導入し,シミュレーション性能を向上する。 コントリビューションは、マルチコアアクセラレーションとSIMDベクトル化のためのOpenMPとC++で実装された数値ライブラリlibdiaqの開発に拡張され、デジタル量子シミュレーションに不可欠な数学的カーネルが特徴である。 さらに、状態ベクトルシミュレータであるSV-SimとDiaQを統合し、様々な量子回路(例えば、GHZ-28は26.67%、QFT-29は32.72%、FrontierはSIMDベクトル化)で大幅な性能向上を実現した。 SupermarQとQASMBenchのベンチマークで行った評価は、DiaQが高効率な量子シミュレーションを実現するための重要なステップであることを示している。

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