論文の概要: Circuit Folding: Modular and Qubit-Level Workload Management in Quantum-Classical Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.18705v1
- Date: Tue, 24 Dec 2024 23:34:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2024-12-30 17:25:04.411792
- Title: Circuit Folding: Modular and Qubit-Level Workload Management in Quantum-Classical Systems
- Title（参考訳）: 量子古典システムにおけるモジュールおよび量子レベルワークロード管理
- Authors: Shuwen Kan, Yanni Li, Hao Wang, Sara Mouradian, Ying Mao,
- Abstract要約: 回路編み込み(Circuit knitting)は、量子回路から計算負荷の一部をオフロードする技法である。
本稿では,量子回路内の繰り返し構造を識別・活用する新しいグラフベースシステムであるCiFoldを提案する。
我々のシステムは様々な量子アルゴリズムで広く評価されており、最大で799.2%の量子リソース使用量の削減を実現している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.6744988702710835
- License:
- Abstract: Quantum computing is an emerging technology that offers exponential speedups for certain problems. At the core of quantum-centric supercomputing is advanced middleware that manages the interaction between quantum hardware and classical computing infrastructure. Circuit knitting is a technique that leverages classical computation to offload some of the computational burden from quantum circuits, enabling them to exceed the capacity of current Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) devices. This is done by partitioning large circuits into smaller subcircuits, though at the cost of classical reconstruction and increased sampling overhead. Despite significant advancements in reducing the theoretical costs of circuit knitting, efficiently deploying these techniques across a broad range of quantum algorithms remains a challenge. In this work, we propose CiFold, a novel graph-based system that, at the individual qubit's level, identifies and leverages repeated structures within quantum circuits. By folding these repeated modules in parallel, CiFold constructs a meta-graph that guides the partitioning process, optimizing the cutting strategy through the integration of advanced circuit knitting techniques. Our system has been extensively evaluated across various quantum algorithms, achieving up to 799.2\% reduction in quantum resource usage, demonstrating its scalability and substantial performance improvements over state-of-the-art approaches.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、特定の問題に対して指数的なスピードアップを提供する新興技術である。
量子中心のスーパーコンピューティングの中核は、量子ハードウェアと古典的なコンピューティングインフラストラクチャ間の相互作用を管理する高度なミドルウェアである。
回路編み込み(Circuit knitting)は、古典的な計算を利用して量子回路から計算負荷の一部をオフロードし、現在のノイズ中間量子(NISQ)デバイスの容量を超えることができる技術である。
これは、大規模な回路を小さなサブ回路に分割することで行われるが、古典的な再構築とサンプリングオーバーヘッドの増加のコストがかかる。
回路編み込みの理論的コストを下げる大きな進歩にもかかわらず、これらの手法を広範囲の量子アルゴリズムに効率的に展開することは依然として困難である。
本研究では,個々の量子ビットレベルにおいて,量子回路内の繰り返し構造を特定し,活用するグラフベースの新しいシステムであるCiFoldを提案する。
これらの繰り返しモジュールを並列に折り畳むことで、CiFoldは分割プロセスのガイドとなるメタグラフを構築し、高度な回路編み技術の統合によって切断戦略を最適化する。
我々のシステムは、様々な量子アルゴリズムで広く評価され、量子リソース使用量の最大799.2倍の削減を実現し、そのスケーラビリティと最先端のアプローチに対する大幅な性能向上を実証してきた。
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