論文の概要: Distributed Quantum Computation with Minimum Circuit Execution Time over Quantum Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2405.07499v1
- Date: Mon, 13 May 2024 06:35:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-14 14:44:50.704853
- Title: Distributed Quantum Computation with Minimum Circuit Execution Time over Quantum Networks
- Title（参考訳）: 量子ネットワーク上での最小回路実行時間による分散量子計算
- Authors: Ranjani G Sundaram, Himanshu Gupta, C. R. Ramakrishnan,
- Abstract要約: 我々は,実行時間を最小限に抑えるために,量子回路を量子ネットワークに分散する問題を考察する。
この問題は、各コンピュータを含む回路キュービットをネットワークメモリにマッピングすることである。
最大二乗代入問題に対する近似アルゴリズムに基づく効率的なアルゴリズムを設計する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.6949615573696395
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Present quantum computers are constrained by limited qubit capacity and restricted physical connectivity, leading to challenges in large-scale quantum computations. Distributing quantum computations across a network of quantum computers is a promising way to circumvent these challenges and facilitate large quantum computations. However, distributed quantum computations require entanglements (to execute remote gates) which can incur significant generation latency and, thus, lead to decoherence of qubits. In this work, we consider the problem of distributing quantum circuits across a quantum network to minimize the execution time. The problem entails mapping the circuit qubits to network memories, including within each computer since limited connectivity within computers can affect the circuit execution time. We provide two-step solutions for the above problem: In the first step, we allocate qubits to memories to minimize the estimated execution time; for this step, we design an efficient algorithm based on an approximation algorithm for the max-quadratic-assignment problem. In the second step, we determine an efficient execution scheme, including generating required entanglements with minimum latency under the network resource and decoherence constraints; for this step, we develop two algorithms with appropriate performance guarantees under certain settings or assumptions. We consider multiple protocols for executing remote gates, viz., telegates and cat-entanglements. With extensive simulations over NetSquid, a quantum network simulator, we demonstrate the effectiveness of our developed techniques and show that they outperform a scheme based on prior work by up to 95%.
- Abstract（参考訳）: 現在の量子コンピュータは、量子ビット容量の制限と物理的接続の制限により制約されており、大規模な量子計算の課題に繋がる。
量子コンピュータのネットワークに量子計算を分散させることは、これらの課題を回避し、大規模な量子計算を促進するための有望な方法である。
しかし、分散量子計算では(リモートゲートを実行するために)絡み合いが必要であり、これは大きな生成遅延を引き起こし、従って量子ビットのデコヒーレンスを引き起こす。
本研究では,実行時間を最小限に抑えるために,量子回路を量子ネットワークに分散する問題を考察する。
この問題は、コンピュータ内の限られた接続が回路実行時間に影響を与える可能性があるため、各コンピュータを含む回路キュービットをネットワークメモリにマッピングすることを必要とする。
最初のステップでは、推定実行時間を最小化するためにqubitをメモリに割り当て、このステップでは、最大二乗割当問題に対する近似アルゴリズムに基づく効率的なアルゴリズムを設計する。
第2のステップでは,ネットワークリソースの下で最小レイテンシで必要な絡み合いを生成し,デコヒーレンス制約を発生させるような効率的な実行方式を決定し,このステップでは,特定の設定や仮定の下で適切な性能を保証する2つのアルゴリズムを開発する。
遠隔ゲート,viz.,telgate,cat-entanglements を実行するための複数のプロトコルを検討する。
量子ネットワークシミュレータであるNetSquid上での広範囲なシミュレーションにより、開発した手法の有効性を実証し、従来の作業に基づくスキームを最大95%上回ることを示す。
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