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量子物理

arXiv:2405.00863v1 (quant-ph)
[提交于 2024年5月1日 ]

标题: SHARE:量子系统中的安全硬件分配和资源效率

标题: SHARE: Secure Hardware Allocation and Resource Efficiency in Quantum Systems

Authors:Suryansh Upadhyay, Swaroop Ghosh
摘要: 量子计算(QC)有望在各个领域彻底改变问题解决方式,研究表明,具有超过50个量子位的系统可能在某些优化任务中实现超越超级计算机的量子优势。 随着噪声中等规模量子(NISQ)计算机的硬件规模持续增长,多租户计算(MTC)已成为一种可行的方法,通过允许多个量子程序共享资源访问来提高硬件利用率。 然而,MTC也可能带来挑战和安全问题。 本文专注于通过实施多编程策略来优化共享环境中的量子硬件利用率,这些策略不仅提高了硬件利用率,还有效管理了诸如串扰和故障注入等相关风险。 我们提出了一种称为基于社区的动态分配划分(COMDAP)和安全COMDAP的新划分和分配方法,以改进和保障量子系统中的多编程能力。 COMDAP确保公平且高效的资源分配,解决了次优划分的问题,并显著提高了硬件利用率。 我们报告了与现有贪婪启发式方法相比,硬件利用率平均提高了23%,平均达到92%。 COMDAP在delta CX方面平均增加了约0.05X,并在基准测试中平均减少了3.5%的PST。
摘要: Quantum computing (QC) is poised to revolutionize problem solving across various fields, with research suggesting that systems with over 50 qubits may achieve quantum advantage surpassing supercomputers in certain optimization tasks. As the hardware size of Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) computers continues to grow, Multi tenant computing (MTC) has emerged as a viable approach to enhance hardware utilization by allowing shared resource access across multiple quantum programs. However, MTC can also bring challenges and security concerns. This paper focuses on optimizing quantum hardware utilization in shared environments by implementing multi programming strategies that not only enhance hardware utilization but also effectively manage associated risks like crosstalk and fault injection. We propose a novel partitioning and allocation method called Community Based Dynamic Allocation Partitioning (COMDAP) and Secure COMDAP to refine and secure multi programming capabilities in quantum systems. COMDAP ensures equitable and efficient resource distribution, addresses the issues of suboptimal partitioning, and significantly improves hardware utilization. We report a 23 percent average improvement in hardware utilization rate compared to existing greedy heuristics, with rates averaging 92 percent. COMDAP introduces an average increase of approximately 0.05X in delta CX, alongside a 3.5 percent average reduction in PST across benchmarks.
评论: 10页,10图
主题: 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2405.00863 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2405.00863v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.00863
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Suryansh Upadhyay [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 5 月 1 日 20:51:12 UTC (8,849 KB)
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