VQEのパラメータ更新処理高速化および量子ビット数に対するスケーラビリティ評価

• Item type: SIG Technical Reports(1)
• 公開日: 2022-10-20
• タイトル: VQEのパラメータ更新処理高速化および量子ビット数に対するスケーラビリティ評価
• タイトル / 言語: en
• タイトル: Tuning of VQE Parameter Updating and Qubit Scalability Evaluation
• 言語: jpn
• 資源タイプ / 資源タイプ識別子: http://purl.org/coar/resource_type/c_18gh
• 資源タイプ: technical report
• 著者所属: 富士通株式会社
• 著者所属: 富士通株式会社
• 著者所属: 富士通株式会社
• 著者名: 飯嶋, 直輝; 今村, 智史; 笠置, 明彦
• 著者名(英): Naoki, Iijima; Satoshi, Imamura; Akihiko, Kasagi
• 論文抄録 / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録 / 内容記述: VQE (Variational Quantum Eigensolver) は量子計算と古典最適化を交互に実行することで行列の固有値を求めるアルゴリズムであり，NISQ (Noisy Intermediate-Scale Quantum) と呼ばれる中規模の量子デバイス上で実行可能なアルゴリズムの一つとして期待されている．本稿では将来の量子コンピュータの運用における VQE のフィジビリティを評価するため，量子ビット数増加に対するVQEの古典計算部分のスケーラビリティを量子計算用のフレームワークである Qiskit を用いて調査する．VQE の処理時間の内訳を調査した結果，量子回路シミュレータを用いた量子回路実行とパラメータ更新処理が計算時間のほとんどを占めることを示す．量子回路実行は実機による高速化が期待されるため，本稿では古典コンピュータで実行するパラメータ更新処理に着目し，その処理の高速化を図る．パラメータ更新処理時間の大部分を占める 3 つの処理をチューニングした結果，21 量子ビットを要する問題に対して VQE を実行する場合に，パラメータ更新処理時間を約 793 倍短縮した．また，21 量子ビットまでの実測結果に基づいて数百量子ビット規模の計算時間を見積もり，量子ビット数増加に対するパラメータ更新処理のスケーラビリティを評価する．この結果，上記のチューニングを施した上でも，依然としてパラメータ更新処理時間が指数増加することを示す．そのため，現実的な時間での VQE 実行を実現するにはさらなる短縮を考える必要がある．
• 論文抄録(英) / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録(英) / 内容記述: Variational quantum eigensolver (VQE) is a classical/quantum hybrid algorithm to calculate an eigenvalue by performing quantum computation and classical optimization in turns. It can be executed on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices with low-depth quantum circuits and is expected to be applied to various areas such as quantum chemistry and combinatorial optimization. In this paper, we investigate the feasibility of VQE on future NISQ devices by evaluating the scalability of classical processing in VQE to the number of qubits. For this, we first measure the time breakdown of VQE implmented with an open-source quantum computing framework called Qiskit and its quantum circuit simulator and show that the times of quantum circuit execution and circuit parameter updating are dominant. We focus on the latter because the former will be significantly shortened by using real quantum devices. We then tune the parameter updating through our in-depth analysis and reduce its execution time by about 793 times for a 21-qubit quantum circuit. Finally, we estimate the scalability of the tuned parameter updating to hundreds of qubits based on our measuments with up to 21 qubits. The result shows that the exeution time of the tuned parameter updating still increases exponentially, which concludes that a major breakthough is required to run VQE in a realistic time.
• 書誌レコードID / 収録物識別子タイプ: NCID
• 書誌レコードID / 収録物識別子: AA12894105
• 書誌情報: 研究報告量子ソフトウェア（QS）; 巻 2022-QS-7, 号 23, p. 1-6, 発行日 2022-10-20
• ISSN / 収録物識別子タイプ: ISSN
• ISSN / 収録物識別子: 2435-6492
• Notice: SIG Technical Reports are nonrefereed and hence may later appear in any journals, conferences, symposia, etc.
• 出版者 / 言語: ja
• 出版者: 情報処理学会