パラメータ調整による決定グラフ型量子シミュレータの効率改善

• Item type: SIG Technical Reports(1)
• 公開日: 2024-03-21
• タイトル: パラメータ調整による決定グラフ型量子シミュレータの効率改善
• タイトル / 言語: en
• タイトル: Improving Efficiency of Decision Graph-based Quantum Simulators through Parameter Tuning
• 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
• 著者所属: 東京大学
• 著者所属: 東京大学
• 著者所属: 東京大学
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Fujitsu Limited
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Fujitsu Limited
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): Fujitsu Limited
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): The University of Tokyo
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): The University of Tokyo
• 著者所属(英): en
• 著者所属(英): The University of Tokyo
• 著者名: 曾根田, 弘光; 木村, 悠介; 小山, 純平; 李, 少文; 佐藤, 周行; 藤田, 昌宏
• 著者名(英): Hiromitsu, Soneda; Yusuke, Kimura; Junpei, Koyama; Shaowen, Li; Hiroyuki, Sato; Masahiro, Fujita
• 論文抄録 / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録 / 内容記述: 状態ベクトルをグラフの形で保存する決定グラフ型量子シミュレータは，サブグラフを共有することで使用メモリ量と演算回数を大幅に削減でき，アルゴリズムによっては省メモリで高速な動作が期待できる．決定グラフ型量子シミュレータは，決定グラフ操作時のパラメータによって動作速度が変わるという特徴があるが，既存研究では予め開発者が与えたパラメータを使い続けることが多かった．本稿では，独自に実装した決定グラフ型シミュレータの高速化に寄与すると思われる 2 つのパラメータに着目し，シミュレータの最適化を行った．着目したパラメータの一つ目は，途中の計算結果を保持している不要なノードを削除するガベージコレクション (GC) の頻度である．二つ目は，キャッシュテーブルに用いるハッシュサイズである．実験では Shor のアルゴリズムを用い，様々なパラメータを用いてシミュレーション実行時間を比較した．実験結果ではパラメータに応じて実行時間が2倍程度変化し，以下の 2 点が判明した：(1) シミュレーションの規模に応じて最適なガベージコレクション（GC）頻度が存在し，GC 頻度が多すぎても少なすぎてもシミュレーションが遅くなる，(2) キャッシュサイズもシミュレーション速度に影響するため徐々に増やすことが望ましいことがわかった．結論として決定グラフ型シミュレータの利用においては，事前に量子ビット数の少ない問題を解いてパラメータを調整しながら，量子ビット数の多い問題に取り組むことを提案する．
• 論文抄録(英) / 内容記述タイプ: Other
• 論文抄録(英) / 内容記述: Decision diagram-based quantum simulator stores state vectors in the form of graphs and greatly reduces the amount of memory usage and number of manipulations in some algorithms like Shor and Grover. While it has multiple parameters to be optimized, existing studies have mostly used the default ones provided by the developers. This paper focuses on two parameters that may contribute to the speedup of our original decision diagram-based simulator. The first one is the frequency of garbage collection (GC), which removes unneeded nodes that hold intermediate calculation results. The second one is the size of the hash used in a cache table. We conducted multiple Shor experiments with different parameters and compared the runtime. The experimental results show that the execution time varies by a factor of two depending on the parameters, and the following two points are found: (1) there is an optimal GC frequency depending on the size of the quantum circuits, and (2) the cache size also affects the simulation speed and should be gradually increased from the initial values. As a conclusion, in the use of decision diagram-based simulator, we propose to start simulation with a small number of qubits in the quantum circuit and adjust the parameters while increasing the number of qubits.
• 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 2024-QS-11, 号 25, p. 1-7, 発行日 2024-03-21
• 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