論文の概要: Atlas: Hierarchical Partitioning for Quantum Circuit Simulation on GPUs (Extended Version)

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.09055v2
• Date: Mon, 4 Nov 2024 21:59:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-08 07:07:05.260271
• Title: Atlas: Hierarchical Partitioning for Quantum Circuit Simulation on GPUs (Extended Version)
• Title（参考訳）: Atlas: GPU上の量子回路シミュレーションのための階層的パーティショニング(拡張バージョン)
• Authors: Mingkuan Xu, Shiyi Cao, Xupeng Miao, Umut A. Acar, Zhihao Jia,
• Abstract要約: 本稿では,理論的,実用的,スケーラブルな量子回路シミュレーションのための手法を提案する。 我々のアプローチでは、量子回路をサブ回路の階層に分割し、マルチノードGPU上でサブ回路をシミュレートする。 通信コストを最小限に抑えるため,ニアバイゲートのシミュレーションを「ニアバイ」に報いる線形プログラムを定式化する。 スループットを最大化するために、動的プログラミングアルゴリズムを用いて、各カーネルがGPUでシミュレーションしたサブ回路を計算する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.483321080040131
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This paper presents techniques for theoretically and practically efficient and scalable Schr\"odinger-style quantum circuit simulation. Our approach partitions a quantum circuit into a hierarchy of subcircuits and simulates the subcircuits on multi-node GPUs, exploiting available data parallelism while minimizing communication costs. To minimize communication costs, we formulate an Integer Linear Program that rewards simulation of "nearby" gates on "nearby" GPUs. To maximize throughput, we use a dynamic programming algorithm to compute the subcircuit simulated by each kernel at a GPU. We realize these techniques in Atlas, a distributed, multi-GPU quantum circuit simulator. Our evaluation on a variety of quantum circuits shows that Atlas outperforms state-of-the-art GPU-based simulators by more than 2$\times$ on average and is able to run larger circuits via offloading to DRAM, outperforming other large-circuit simulators by two orders of magnitude.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,量子回路をサブ回路の階層に分割し,マルチノードGPU上でのサブ回路をシミュレーションする手法を提案する。通信コストを最小化しつつ,利用可能なデータ並列性を生かし,通信コストを最小化するため,"ニアバイ"GPU上の"ニアバイ"ゲートのシミュレーションを行うInteger Linear Programを定式化する。 スループットを最大化するために、動的プログラミングアルゴリズムを用いて、各カーネルがGPUでシミュレーションしたサブ回路を計算する。 我々は、分散マルチGPU量子回路シミュレータであるAtlasでこれらの技術を実現する。 様々な量子回路に対する評価では、Atlasは最先端のGPUベースのシミュレータを平均2$\times$で上回り、DRAMへのオフロードによりより大きな回路を走らせることができ、他の大規模回路シミュレータを2桁以上上回ります。

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