論文の概要: A Comprehensive Cross-Model Framework for Benchmarking the Performance of Quantum Hamiltonian Simulations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.06919v1
- Date: Wed, 11 Sep 2024 00:21:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-12 15:57:17.740135
- Title: A Comprehensive Cross-Model Framework for Benchmarking the Performance of Quantum Hamiltonian Simulations
- Title（参考訳）: 量子ハミルトニアンシミュレーションの性能ベンチマークのための総合的クロスモデルフレームワーク
- Authors: Avimita Chatterjee, Sonny Rappaport, Anish Giri, Sonika Johri, Timothy Proctor, David E. Bernal Neira, Pratik Sathe, Thomas Lubinski,
- Abstract要約: 本稿では,Trotterized quantum Hamiltonian 進化におけるゲートベース量子コンピュータの性能の様々な側面を評価するための方法論とソフトウェアフレームワークを提案する。
このフレームワークは、HamLibライブラリの5つのハミルトンモデル(FermiとBose-Hubbardモデル、横フィールドイジングモデル、Heisenbergモデル、Max3SAT問題)について実証する。
- 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: Quantum Hamiltonian simulation is one of the most promising applications of quantum computing and forms the basis for many quantum algorithms. Benchmarking them is an important gauge of progress in quantum computing technology. We present a methodology and software framework to evaluate various facets of the performance of gate-based quantum computers on Trotterized quantum Hamiltonian evolution. We propose three distinct modes for benchmarking: (i) comparing simulation on a real device to that on a noiseless classical simulator, (ii) comparing simulation on a real device with exact diagonalization results, and (iii) using scalable mirror circuit techniques to assess hardware performance in scenarios beyond classical simulation methods. We demonstrate this framework on five Hamiltonian models from the HamLib library: the Fermi and Bose-Hubbard models, the transverse field Ising model, the Heisenberg model, and the Max3SAT problem. Experiments were conducted using Qiskit's Aer simulator, BlueQubit's CPU cluster and GPU simulators, and IBM's quantum hardware. Our framework, extendable to other Hamiltonians, provides comprehensive performance profiles that reveal hardware and algorithmic limitations and measure both fidelity and execution times, identifying crossover points where quantum hardware outperforms CPU/GPU simulators.
- Abstract（参考訳）: 量子ハミルトニアンシミュレーションは量子コンピューティングの最も有望な応用の1つであり、多くの量子アルゴリズムの基礎を形成する。
それらをベンチマークすることは、量子コンピューティング技術の進歩の重要な指標である。
本稿では,Trotterized quantum Hamiltonian 進化におけるゲートベース量子コンピュータの性能の様々な側面を評価するための方法論とソフトウェアフレームワークを提案する。
ベンチマークには3つの異なるモードを提案する。
一 実機におけるシミュレーションとノイズのない古典シミュレータによるシミュレーションを比較すること。
二 実機上でのシミュレーションと正確な対角化結果を比較して、
三 スケーラブルミラー回路技術を用いて、古典的シミュレーション以上のシナリオにおけるハードウェア性能を評価すること。
このフレームワークは、HamLibライブラリの5つのハミルトンモデル(FermiとBose-Hubbardモデル、横フィールドイジングモデル、Heisenbergモデル、Max3SAT問題)について実証する。
QiskitのAerシミュレータ、BlueQubitのCPUクラスタとGPUシミュレータ、IBMの量子ハードウェアを使用して実験が行われた。
我々のフレームワークは、他のハミルトンに拡張可能で、ハードウェアとアルゴリズムの制限を明らかにし、忠実度と実行時間の両方を測定し、量子ハードウェアがCPU/GPUシミュレータを上回るクロスオーバーポイントを特定する、包括的なパフォーマンスプロファイルを提供します。
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