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| 講演抄録／キーワード | ||
| 講演名 | 2024-09-18 09:25 FPGAベース量子コンピュータシミュレーションの高速化について ○長谷川陽彦（東工大）・中原啓貴（東北大）  RECONF2024-49 |
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| 抄録 | （和） | 量子コンピュータは古典コンピュータでは解決することが難しい問題に取り組むために研究や開発が進め られている. 量子コンピュータで用いるアルゴリズムやアプリケーションの開発のために、計算機として安定性の低 い量子コンピュータの代わりに古典コンピュータで用いる量子コンピュータシミュレータが使用されている. シミュ レーションには大規模な並列計算が含まれるため、並列性と再構成性を持つ FPGA が従来の CPU ベースのシミュレー ションより大きな高速化を実現している. 本研究ではさらなる高速化の実現を目指して、データを 1√2 進数で表現する ことによって実現した. 評価として、グローバーのアルゴリズムと量子フーリエ変換の計算速度を計測した. CPU と GPU それぞれト比較するとそれぞれ 6.4-13, 994.1 倍速いことを示すことができ、従来の FPGA の計算よりも 1.5-26.5 倍速いことを示せた. |
| （英） | Quantum computing holds the promise of solving problems intractable for classical computers by exploiting quantum mechanical phenomena. However, practical quantum computers are still in the nascent stages of development, making simulation tools essential for advancing quantum algorithms and understanding quantum systems. Since its simulation involves massive parallel computations, FPGAs that offer inherent parallelism and reconfigurability have been the focus of much attention, and FPGA-based simulations achieve significant speedup over traditional CPU-based ones. A naive data representation can strain memory bandwidth and limit parallelism, efficient data representation and memory management strategies are essential, and thus there is room for even higher speeds to be realized. In this paper, we present a new data representation approach, base- 1√2 numeral system, to implementing quantum computing simulation on FPGAs, leveraging parallel processing capabilities of FPGAs to achieve significant speedup. The representation of base- 1√2 number does not require complex multipliers and adders, but only shifts and customized full adders to perform the simulation. We evaluate the performance of our FPGA- based simulator using benchmark quantum algorithms: Grover’s search and Quantum Fourier Transform. The results show that our accelerator achieves 6.4-13, 994.1× higher performance than CPU and GPU, and 1.5-26.5× faster than other FPGA-based accelerators. Thus, our accelerator is the fastest simulator among CPU, GPU, and FPGA-based ones, providing a valuable tool for researchers developing and testing quantum algorithms. |
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| キーワード | （和） | FPGA / 量子コンピュータシミュレータ / / / / / / |
| （英） | FPGA / Quantum computer simulator / / / / / / | |
| 文献情報 | 信学技報, vol. 124, no. 188, RECONF2024-49, pp. 35-40, 2024年9月. | |
| 資料番号 | RECONF2024-49 | |
| 発行日 | 2024-09-10 (RECONF) | |
| ISSN | Online edition: ISSN 2432-6380 | |
| 著作権に ついて |
技術研究報告に掲載された論文の著作権は電子情報通信学会に帰属します．(許諾番号：10GA0019/12GB0052/13GB0056/17GB0034/18GB0034) | |
| PDFダウンロード | RECONF2024-49 |
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| 研究会情報 | |
| 研究会 | RECONF |
| 開催期間 | 2024-09-17 - 2024-09-18 |
| 開催地（和） | 新潟大学駅南キャンパス ときめいと |
| 開催地（英） | |
| テーマ（和） | リコンフィギャラブルシステム、一般 |
| テーマ（英） | |
| 講演論文情報の詳細 | |
| 申込み研究会 | RECONF |
| 会議コード | 2024-09-RECONF |
| 本文の言語 | 日本語 |
| タイトル（和） | FPGAベース量子コンピュータシミュレーションの高速化について |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | A Table Look-Up based Quantum Simulation Accelerator on an FPGA |
| サブタイトル（英） | |
| キーワード(1)（和/英） | FPGA / FPGA |
| キーワード(2)（和/英） | 量子コンピュータシミュレータ / Quantum computer simulator |
| キーワード(3)（和/英） | / |
| キーワード(4)（和/英） | / |
| キーワード(5)（和/英） | / |
| キーワード(6)（和/英） | / |
| キーワード(7)（和/英） | / |
| キーワード(8)（和/英） | / |
| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） | 長谷川 陽彦 / Hasegawa Haruhiko / ハセガワ ハルヒコ |
| 第1著者 所属（和/英） | 東京工業大学 (略称： 東工大) Tokyo Institute of Technology (略称： Tokyo Tech) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） | 中原 啓貴 / Nakahara Hiroki / ナカハラ ヒロキ |
| 第2著者 所属（和/英） | 東北大学 (略称： 東北大) TOHOKU UNIVERSITY (略称： THK) |
| 講演者 | 第1著者 |
| 発表日時 | 2024-09-18 09:25:00 |
| 発表時間 | 25分 |
| 申込先研究会 | RECONF |
| 資料番号 | RECONF2024-49 |
| 巻番号（vol） | vol.124 |
| 号番号（no） | no.188 |
| ページ範囲 | pp.35-40 |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2024-09-10 (RECONF) |
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