論文の概要: Understanding the Scalability of Circuit Cutting Techniques for Practical Quantum Applications
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.17756v1
- Date: Mon, 25 Nov 2024 23:16:27 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-11-28 15:26:13.072202
- Title: Understanding the Scalability of Circuit Cutting Techniques for Practical Quantum Applications
- Title（参考訳）: 実用的な量子応用のための回路切断技術のスケーラビリティの理解
- Authors: Songqinghao Yang, Prakash Murali,
- Abstract要約: 回路切断により、利用可能なハードウェアよりも大きい量子回路が実行される。
カット技術は回路を小さなサブ回路に分割し、ハードウェア上で動作させ、古典的な後処理によって結果を再結合する。
耐故障性量子コンピュータ上での動作のオーケストレーションに,現在の回路切断技術が有効かどうかを検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2553583315791608
- License:
- Abstract: Circuit cutting allows quantum circuits larger than the available hardware to be executed. Cutting techniques split circuits into smaller subcircuits, run them on the hardware, and recombine results through classical post-processing. Circuit cutting techniques have been extensively researched over the last five years and it been adopted by major quantum hardware vendors as part of their scaling roadmaps. We examine whether current circuit cutting techniques are practical for orchestrating executions on fault-tolerant quantum computers. We conduct a resource estimation-based benchmarking of important quantum applications and different types of circuit cutting techniques. Our applications include practically relevant algorithms, such as Hamiltonian simulation, kernels such as quantum Fourier transform and more. To cut these applications, we use IBM's Qiskit cutting tool. We estimate resources for subcircuits using Microsoft's Azure Quantum Resource Estimator and develop models to determine the qubit, quantum and classical runtime needs of circuit cutting. We demonstrate that while circuit cutting works for small-scale systems, the exponential growth of the quantum runtime and the classical post-processing overhead as the qubit count increases renders it impractical for larger quantum systems with current implementation strategies. As we transition from noisy quantum hardware to fault-tolerance, our work provides important guidance for the design of quantum software and runtime systems.
- Abstract（参考訳）: 回路切断により、利用可能なハードウェアよりも大きい量子回路が実行される。
カット技術は回路を小さなサブ回路に分割し、ハードウェア上で動作させ、古典的な後処理によって結果を再結合する。
回路切断技術は過去5年間で広範囲に研究され、スケーリングロードマップの一部として主要な量子ハードウェアベンダーによって採用されている。
耐故障性量子コンピュータ上での動作のオーケストレーションに,現在の回路切断技術が有効かどうかを検討する。
我々は、重要な量子アプリケーションと異なる種類の回路切断技術のリソース推定に基づくベンチマークを行う。
我々の応用には、ハミルトニアンシミュレーション、量子フーリエ変換などのカーネルなど、実用的なアルゴリズムが含まれる。
これらのアプリケーションをカットするには、IBMのQiskitカッティングツールを使用します。
我々は、MicrosoftのAzure Quantum Resource Estimatorを用いてサブ回路のリソースを推定し、回路切断のキュービット、量子および古典的ランタイム要求を決定するモデルを開発する。
回路切断は小規模システムでは有効であるが、量子ランタイムの指数的成長と、量子ビット数の増加に伴う古典的後処理オーバーヘッドは、現在の実装戦略を持つ大規模量子システムでは現実的ではないことを実証する。
ノイズの多い量子ハードウェアからフォールトトレランスへの移行に伴い、量子ソフトウェアやランタイムシステムの設計に関する重要なガイダンスを提供しています。
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