論文の概要: QEA: An Accelerator for Quantum Circuit Simulation with Resources Efficiency and Flexibility

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.14951v1
• Date: Wed, 19 Mar 2025 07:31:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-20 15:22:57.936063
• Title: QEA: An Accelerator for Quantum Circuit Simulation with Resources Efficiency and Flexibility
• Title（参考訳）: QEA:資源効率とフレキシビリティを考慮した量子回路シミュレーションのための加速器
• Authors: Van Duy Tran, Tuan Hai Vu, Vu Trung Duong Le, Hoai Luan Pham, Yasuhiko Nakashima,
• Abstract要約: 我々は、メモリ管理、システム適応性、実行効率の難しさを克服する状態ベクトルベースのハードウェアアクセラレータであるQEAを紹介する。 0.534Wの電力しか使わないAMD Alveo U280ボード上でQEAを実装し評価する。 実験の結果、QEAは極めて柔軟で、広範囲の量子回路をサポートし、忠実さに優れており、正規化ゲート速度の点で153.16倍の性能を持つCPUや関連技術より優れていた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5359378066251386
• License:
• Abstract: The area of quantum circuit simulation has attracted a lot of attention in recent years. However, due to the exponentially increasing computational costs, assessing and validating these models on large datasets poses significant obstacles. Despite plenty of research in quantum simulation, issues such as memory management, system adaptability, and execution efficiency remain unresolved. In this study, we introduce QEA, a state vector-based hardware accelerator that overcomes these difficulties with four key improvements: optimized memory allocation management, open PE, flexible ALU, and simplified CX swapper. To evaluate QEA's capabilities, we implemented and evaluated it on the AMD Alveo U280 board, which uses only 0.534 W of power. Experimental results show that QEA is extremely flexible, supporting a wide range of quantum circuits, has excellent fidelity, making it appropriate for standard quantum emulators, and outperforms powerful CPUs and related works up to 153.16x better in terms of normalized gate speed. This study has considerable potential as a useful approach for quantum emulators in future works.
• Abstract（参考訳）: 量子回路シミュレーションの領域は近年多くの注目を集めている。 しかし、計算コストが指数関数的に増加するため、これらのモデルを大規模データセット上で評価し、検証することは大きな障害となる。 量子シミュレーションに関する多くの研究にもかかわらず、メモリ管理、システム適応性、実行効率といった問題は未解決のままである。 本研究では,メモリ割り当て管理の最適化,PEのオープン化,ALUのフレキシブル化,CXスワッパーの簡易化,4つの改良点により,これらの課題を克服した状態ベクトルベースのハードウェアアクセラレータQEAを紹介する。 QEAの能力を評価するために, 0.534Wの電力しか使わないAMD Alveo U280ボード上で実装し, 評価した。 実験の結果、QEAは極めて柔軟で、幅広い量子回路をサポートし、忠実さに優れ、標準的な量子エミュレータに適しており、正規化ゲート速度の点で153.16倍の性能を持つ強力なCPUや関連処理より優れていた。 この研究は、将来の研究における量子エミュレータの有用なアプローチとしてかなりの可能性を秘めている。

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