As NISQ devices have several physical limitations and unavoidable noisy quantum operations, only small circuits can be executed on a quantum machine to get reliable results. This leads to the quantum hardware under-utilization issue. Here, we address this problem and improve the quantum hardware throughput by proposing a multiprogramming approach to execute multiple quantum circuits on quantum hardware simultaneously. We first introduce a parallelism manager to select an appropriate number of circuits to be executed at the same time. Second, we present two different qubit partitioning algorithms to allocate reliable partitions to multiple circuits-a greedy and a heuristic. Third, we use the Simultaneous Randomized Benchmarking protocol to characterize the crosstalk properties and consider them in the qubit partition process to avoid crosstalk effect during simultaneous executions. Finally, we enhance the mapping transition algorithm to make circuits executable on hardware using decreased number of inserted gates. We demonstrate the performance of our multi-programming approach by executing circuits of different size on IBM quantum hardware simultaneously. We also investigate this method on VQE algorithm to reduce its overhead.


翻译:由于 NISQ 装置有若干物理限制和不可避免的噪音量子操作, 只能在量子机器上执行小电路, 以获得可靠的结果。 这导致量子硬件使用不足问题。 在这里, 我们解决这个问题, 并通过同时执行量子硬件多量子电路, 改进量子硬件输送量。 我们首先引入一个平行管理器, 以选择要同时执行的适当数量的电路。 第二, 我们提出两种不同的量子分配算法, 以便向多种电路- 贪婪和超常分配可靠的分区。 第三, 我们使用同声调随机定标定协议来描述交叉跟踪属性, 并在赤道分区过程中考虑它们, 以避免同时执行过程中的交叉跟踪效果 。 最后, 我们增强绘图过渡算法, 使电路能够使用减少的插门对硬件进行操作。 我们同时对IBM 量子硬件使用不同尺寸的电路段来显示我们的多位谱分割法的性能。 我们还在 VQE 算法上调查这个方法, 以降低其顶部。

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