[논문 리뷰] Qiskit Backend Specifications for OpenQASM and OpenPulse Experiments

David McKay, Thomas Alexander외 18명|arXiv (Cornell University)|2018. 09. 10.

Quantum Computing Algorithms and Architecture참고 문헌 1인용 수 108

한 줄 요약

이 논문은 Qiskit 호환 백엔드에서 OpenQASM 및 OpenPulse 실험을 실행하기 위한 표준 인터페이스와 데이터 구조(Qobj)를 정의하여 시뮬레이터 및 디바이스와의 표준화된 통신을 가능하게 하고 펄스 수준 제어를 위한 OpenPulse를 도입한다.

ABSTRACT

As interest in quantum computing grows, there is a pressing need for standardized API's so that algorithm designers, circuit designers, and physicists can be provided a common reference frame for designing, executing, and optimizing experiments. There is also a need for a language specification that goes beyond gates and allows users to specify the time dynamics of a quantum experiment and recover the time dynamics of the output. In this document we provide a specification for a common interface to backends (simulators and experiments) and a standarized data structure (Qobj --- quantum object) for sending experiments to those backends via Qiskit. We also introduce OpenPulse, a language for specifying pulse level control (i.e. control of the continuous time dynamics) of a general quantum device independent of the specific hardware implementation.

연구 동기 및 목표

• 시스탯시 simulators (simulators)와 하드웨어를 포함한 Qiskit 호환 백엔드를 위한 공통 API를 제공한다.
• 양자 실험 전송을 위한 표준화된 Qobj 데이터 구조를 정의한다.
• 하드웨어 구현에 독립적인 펄스 수준 제어를 위한 OpenPulse를 도입한다.
• OpenQASM 실험이 Qobj 데이터 구조로 어떻게 표현되는지 명시한다.
• 강력한 실행을 위한 백엔드 구성, 속성, 기본값 및 상태 정보를 명시한다.

제안 방법

• get_backend, available_backends, run, status, result, 및 cancel 메서드를 포함하는 provider-backend-job 아키텍처를 정의한다.
• QASM 및 PULSE 실험에 대한 Qobj 데이터 구조와 이를 스키마를 통한 검증을 설명한다.
• 실험 시퀀스 및 명령(게이트, 바리어, 리셋, 측정, 스냅샷)을 포함하는 Qobj로서의 OpenQASM 표현을 명시한다.
• 백엔드 구성, 해밀토니안 명세, 펄스 라이브러리, 시간-시퀀스 제어를 포함하는 OpenPulse 명세를 자세히 다룬다.
• 사용 예시 구성을 제공하고 게이트 구성 및 샘플 OpenPulse 실험을 통해 사용법을 설명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 백엔드(시뮬레이터와 하드웨어)를 Qiskit에서 공통 API를 통해 어떻게 인터페이스할 수 있는가?
• RQ2 실행 및 결과 검색을 위해 OpenQASM과 OpenPulse 실험을 표현할 필요한 데이터 구조(Qobj)와 스키마는 무엇인가?
• RQ3 OpenPulse가 다양한 양자 장치에서 백엔드 독립성을 유지하면서 펄스 수준 제어를 어떻게 가능하게 할 수 있는가?
• RQ4 OpenQASM 및 OpenPulse 실험을 지원하는 데 필요한 필수 및 선택적 백엔드 구성, 속성 및 기본값은 무엇인가?

주요 결과

• 공급자(Provider), 백엔드(Backend), 작업(Job), Qobj, 및 Result를 조정하여 동시 실험 실행을 가능하게 하는 통합된 Qiskit API 모델이 확립되었다.
• 완전한 실험을 OpenQASM 또는 OpenPulse 중 하나로 캡슐화하기 위한 자체 포함형 Qobj JSON 구조가 정의되었으며, 검증을 위한 스키마가 있다.
• OpenQASM 실험은 Qobj 내에서 정의된 시퀀스 명령 집합(gate, measure, barrier, reset, copy, boolean function, snapshot) 및 메모리/레지스터 처리로 표현된다.
• OpenPulse는 연속 시간 역학 및 펄스 수준 제어를 지정하기 위한 언어로 도입되었으며, 상세한 백엔드 구성, 기본값 및 펄스 라이브러리 통합을 포함한다.
• 명세는 다양한 백엔드(장치 또는 시뮬레이터)를 지원하며 결과에 측정 데이터, 상태 벡터, 단위원 행렬, 스냅샷이 포함될 수 있음을 개요한다.