@techreport{oai:ipsj.ixsq.nii.ac.jp:00233694,
 author = {村上, 祐介 and 鈴木, 泰成 and 富田, 章久 and 徳永, 裕己},
 issue = {20},
 month = {Mar},
 note = {スタビライザーシミュレーションは限定的なゲートセットで構成される量子回路を効率的にシミュレートする枠組みである．スタビライザーシミュレータは量子誤り訂正符号の評価などいくつかの重要な研究領域で利用される．このため，高速なスタビライザーシミュレータは量子計算機開発における重要なユーティリティの一つである．スタビライザーシミュレータを高速化するには二つのアプローチがある．一つはプログラムの処理を並列化し，富岳などの高機能計算機で複数のプロセッサを用いて並列計算を行うというものである．もう一つは，単一のプロセッサの命令で同一の演算を複数のデータに並列に作用できる SIMD (Single instruction，multiple data) 命令を用いて，プログラムを効率化するというものである．これらの高速化のアプローチは組み合わせて用いることができるため，富岳のような高機能計算機を量子計算機の研究開発に用いるには，現代の高機能計算機に最適化されたスタビライザーシミュレータが必要となる．ところが，富岳のプロセッサが提供する SIMD 命令である SVE (Scalable Vector Extension) 命令は比較的新しい拡張命令であることから，これに対応したスタビライザーシミュレータは存在していなかった．このため，量子計算の研究開発における富岳の有用性は制限を受けていた．本研究では，富岳の提供する SIMD 命令である SVE 命令で最適化されたスタビライザシミュレータを構築した．本開発にあたっては，現状で最高速のスタビライザーシミュレータの一つである Stim を拡張することで，インターフェイスの共通化を図った．作成したソフトウェアを実際に富岳の単一ノードでベンチマークし，ベクトル命令が有効となる基本的な処理について 4 倍から 8 倍の高速化を実現した．本研究は SVE 命令によるベクトル化がスタビライザーシミュレータの高速化に有効であることを実証するものであり，富岳を用いた将来の量子計算機開発を加速すると期待される．, Stabilizer simulation is a framework to simulate quantum circuits efficiently with a limited gate set. Since stabilizer simulation can be used in several research fields, such as the performance evaluation of quantum error-correcting codes, developing fast stabilizer simulators is a crucial step toward demonstrating quantum computing. There are two approaches to improving the speed of stabilizer simulators. The first one is parallelizing programs and running them simultaneously on high-performance computers (HPCs) such as Fugaku. The other one is exploiting SIMD (single instruction, multiple data) instructions, which can perform the same instruction on many different data. Since these approaches can be combined, a stabilizer simulator that can run on Fugaku optimized with SIMD instructions is strongly demanded for using HPCs to develop quantum computing. However, no stabilizer simulator is optimized with SIMD instructions supported by Fugaku, SVE (Scalable Vector Extension) instructions. Thus, the availability of Fugaku for quantum computing development has been limited. Here, we developed the first stabilizer simulator with SVE instructions. We achieved this by extending Stim, one of the fastest open-source stabilizer simulators. We benchmarked our simulators on Fugaku and observed a speed-up from x4 to x8 in several simulation functions. Our results indicate that SVE instructions can significantly speed up stabilizer simulators and accelerate the development of quantum computing using HPCs.},
 title = {スタビライザーシミュレータのSVE命令を用いた高速化},
 year = {2024}
}