論文の概要: QuSplit: Achieving Both High Fidelity and Throughput via Job Splitting on Noisy Quantum Computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.12492v2
• Date: Tue, 11 Mar 2025 22:08:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-13 16:44:43.681811
• Title: QuSplit: Achieving Both High Fidelity and Throughput via Job Splitting on Noisy Quantum Computers
• Title（参考訳）: QuSplit: ノイズの多い量子コンピュータ上でのジョブ分割による高忠実性とスループットの両面での達成
• Authors: Jinyang Li, Yuhong Song, Yipei Liu, Jianli Pan, Lei Yang, Travis Humble, Weiwen Jiang,
• Abstract要約: 我々は、ジョブ分割を組み込んだ遺伝的アルゴリズムに基づくスケジューリングフレームワークを開発し、忠実度とスループットを最適化する。 実験の結果,本手法はシステムスループットを著しく向上しつつ,全ジョブにわたって高い忠実性を維持していることがわかった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.46676684248918
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: With the progression into the quantum utility era, computing is shifting toward quantum-centric architectures, where multiple quantum processors collaborate with classical computing resources. Platforms such as IBM Quantum and Amazon Braket exemplify this trend, enabling access to diverse quantum backends. However, efficient resource management remains a challenge, as quantum processors are highly susceptible to noise, which significantly impacts computation fidelity. Additionally, the heterogeneous noise characteristics across different processors add further complexity to scheduling and resource allocation. Existing scheduling strategies typically focus on mapping and scheduling jobs to these heterogeneous backends, which leads to some jobs suffering extremely low fidelity. Targeting quantum optimization jobs (e.g., VQC, VQE, QAOA) - among the most promising quantum applications in the NISQ era - we hypothesize that executing the later stages of a job on a high-fidelity quantum processor can significantly improve overall fidelity. To verify this, we use VQE as a case study and develop a Genetic Algorithm-based scheduling framework that incorporates job splitting to optimize fidelity and throughput. Experimental results demonstrate that our approach consistently maintains high fidelity across all jobs while significantly enhancing system throughput. Furthermore, the proposed algorithm exhibits excellent scalability in handling an increasing number of quantum processors and larger workloads, making it a robust and practical solution for emerging quantum computing platforms. To further substantiate its effectiveness, we conduct experiments on a real quantum processor, IBM Strasbourg, which confirm that job splitting improves fidelity and reduces the number of iterations required for convergence.
• Abstract（参考訳）: 量子ユーティリティ時代が進むにつれ、コンピューティングは量子中心アーキテクチャへとシフトし、複数の量子プロセッサが古典的なコンピューティングリソースと協調している。 IBM QuantumやAmazon Braketといったプラットフォームはこの傾向を実証し、さまざまな量子バックエンドへのアクセスを可能にしている。 しかし、量子プロセッサはノイズの影響を受けやすいため、計算精度に大きな影響を及ぼすため、効率的なリソース管理は依然として課題である。 さらに、異なるプロセッサ間の異種ノイズ特性により、スケジューリングとリソース割り当てがさらに複雑になる。 既存のスケジューリング戦略は、通常、これらの異種バックエンドへのジョブのマッピングとスケジューリングに重点を置いている。 量子最適化ジョブ(例えば、VQC、VQE、QAOA)のターゲットは、NISQ時代で最も有望な量子アプリケーションである。 これを検証するために、我々はVQEをケーススタディとして使用し、ジョブ分割を組み込んだ遺伝的アルゴリズムに基づくスケジューリングフレームワークを開発し、忠実度とスループットを最適化する。 実験の結果,本手法はシステムスループットを著しく向上しつつ,全ジョブにわたって高い忠実性を維持していることがわかった。 さらに,提案アルゴリズムは,多数の量子プロセッサや大規模ワークロードを扱う上で優れたスケーラビリティを示し,新たな量子コンピューティングプラットフォームのための堅牢で実用的なソリューションである。 さらに、実量子プロセッサであるIBM Strasbourgの実験を行い、ジョブ分割が忠実性を改善し、収束に必要なイテレーション数を減少させることを確認した。

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