論文の概要: FQsun: A Configurable Wave Function-Based Quantum Emulator for Power-Efficient Quantum Simulations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.04471v2
• Date: Tue, 18 Mar 2025 06:43:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-19 14:11:27.525640
• Title: FQsun: A Configurable Wave Function-Based Quantum Emulator for Power-Efficient Quantum Simulations
• Title（参考訳）: FQsun:高効率量子シミュレーションのための構成可能な波動関数に基づく量子エミュレータ
• Authors: Tuan Hai Vu, Vu Trung Duong Le, Hoai Luan Pham, Quoc Chuong Nguyen, Yasuhiko Nakashima,
• Abstract要約: 量子エミュレータのFQsunを提案する。 数字の精度が異なる5つのFQsunバージョンがXilinx ZCU102に実装され、最大出力は2.41Wである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5359378066251386
• License:
• Abstract: Quantum computers are promising powerful computers for solving complex problems, but access to real quantum hardware remains limited due to high costs. Although the software simulators on CPUs/GPUs such as Qiskit, ProjectQ, and Qsun offer flexibility and support for many qubits, they struggle with high power consumption and limited processing speed, especially as qubit counts scale. Accordingly, quantum emulators implemented on dedicated hardware, such as FPGAs and analog circuits, offer a promising path for addressing energy efficiency concerns. However, existing studies on hardware-based emulators still face challenges in terms of limited flexibility and lack of fidelity evaluation. To overcome these gaps, we propose FQsun, a quantum emulator that enhances performance by integrating four key innovations: efficient memory organization, a configurable Quantum Gate Unit (QGU), optimized scheduling, and multiple number precisions. Five FQsun versions with different number precisions are implemented on the Xilinx ZCU102, consuming a maximum power of 2.41W. Experimental results demonstrate high fidelity, low mean square error, and high normalized gate speed, particularly with 32-bit versions, establishing FQsun's capability as a precise quantum emulator. Benchmarking on famous quantum algorithms reveals that FQsun achieves a superior power-delay product, outperforming software simulators on CPUs in the processing speed range.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータは複雑な問題を解決するために有望な強力なコンピュータであるが、実際の量子ハードウェアへのアクセスは高いコストのために制限されている。 Qiskit、ProjectQ、QsunなどのCPU/GPU上のソフトウェアシミュレータは、多くのキュービットに対する柔軟性とサポートを提供するが、特にキュービット数スケールにおいて、高い消費電力と限られた処理速度に悩まされている。 したがって、FPGAやアナログ回路などの専用ハードウェアに実装された量子エミュレータは、エネルギー効率の懸念に対処するための有望な経路を提供する。 しかしながら、ハードウェアベースのエミュレータに関する既存の研究は、柔軟性の制限と忠実度評価の欠如の観点から、依然として課題に直面している。 これらのギャップを克服するために、効率的なメモリ構成、構成可能な量子ゲートユニット(QGU)、最適化されたスケジューリング、多重数値精度の4つの重要なイノベーションを統合することで、パフォーマンスを向上させる量子エミュレータであるFQsunを提案する。 数字の精度が異なる5つのFQsunバージョンがXilinx ZCU102に実装され、最大出力は2.41Wである。 実験の結果、高忠実度、平均二乗誤差、高正規化ゲート速度、特に32ビットバージョンが示され、正確な量子エミュレータとしてのFQsunの能力が確立された。 有名な量子アルゴリズムのベンチマークにより、FQsunは処理速度範囲のCPU上のソフトウェアシミュレータよりも優れたパワー遅延製品を達成していることが明らかになった。

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