論文の概要: Lazy Qubit Reordering for Accelerating Parallel State-Vector-based Quantum Circuit Simulation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.04252v1
- Date: Sat, 5 Oct 2024 18:20:37 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-11-02 08:59:37.476135
- Title: Lazy Qubit Reordering for Accelerating Parallel State-Vector-based Quantum Circuit Simulation
- Title（参考訳）: 並列状態ベクトルに基づく量子回路シミュレーションのための遅延量子再構成
- Authors: Yusuke Teranishi, Shoma Hiraoka, Wataru Mizukami, Masao Okita, Fumihiko Ino,
- Abstract要約: 量子回路シミュレーションのための2つの量子演算スケジューリング手法を提案する。
提案手法は、qubitリオーダーによる全対全通信を削減する。
本稿では,変分量子固有解法(VQE)シミュレーションにおける2つの主要な手順に適したこれらの手法を開発した。
- 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: This paper proposes two quantum operation scheduling methods for accelerating parallel state-vector-based quantum circuit simulation using multiple graphics processing units (GPUs). The proposed methods reduce all-to-all communication caused by qubit reordering (QR), which can dominate the overhead of parallel simulation. Our approach eliminates redundant QRs by introducing intentional delays in QR communications such that multiple QRs can be aggregated into a single QR. The delays are carefully introduced based on the principles of time-space tiling, or a cache optimization technique for classical computers, which we use to arrange the execution order of quantum operations. Moreover, we present an extended scheduling method for the hierarchical interconnection of GPU cluster systems to avoid slow inter-node communication. We develop these methods tailored for two primary procedures in variational quantum eigensolver (VQE) simulation: quantum state update (QSU) and expectation value computation (EVC). Experimental validation on 32-GPU executions demonstrates acceleration in QSU and EVC -- up to 54$\times$ and 606$\times$, respectively -- compared to existing methods. Moreover, our extended scheduling method further reduced communication time by up to 15\% in a two-layered interconnected cluster system. Our approach is useful for any quantum circuit simulations, including QSU and/or EVC.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,複数のグラフィックス処理ユニット(GPU)を用いた並列状態ベクトルベースの量子回路シミュレーションを高速化するための2つの量子演算スケジューリング手法を提案する。
提案手法は、並列シミュレーションのオーバーヘッドを支配できるQR(qubit reordering)による全対全通信を削減する。
提案手法では,複数のQRをひとつのQRに集約できるように,QR通信に意図的な遅延を導入することにより,冗長なQRを排除している。
遅延は、時間空間タイリングの原理や、量子演算の実行順序を調整するために使用される古典計算機のキャッシュ最適化技術に基づいて慎重に導入される。
さらに,低速ノード間通信を回避するため,GPUクラスタシステムの階層的相互接続のための拡張スケジューリング手法を提案する。
本稿では,量子状態更新 (QSU) と期待値計算 (EVC) という,変分量子固有解法 (VQE) シミュレーションにおける2つの主要な手順に適した手法を開発した。
32GPU実行に関する実験的検証では、既存のメソッドと比較して、QSUとECV(それぞれ54$\times$と606$\times$)でのアクセラレーションが示されている。
さらに,2層相互接続クラスタシステムにおいて,通信時間を最大15倍に短縮した。
提案手法はQSUやECVを含む任意の量子回路シミュレーションに有用である。
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