Optimization of memory usage in quantum computing simulation

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Nascimento, Mateus Moreira Silveira do
Orientador(a): Reiser, Renata Hax Sander
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Computação
Departamento: Centro de Desenvolvimento Tecnológico
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/4355
Resumo: Quantum simulation is the most common method to study quantum computing due to the lack of quantum hardware. Even so, simulators and simulations should be properly built to use the max computational power possible. One of the main problems of these assumptions comes from the memory, representing a bottleneck not just for quantum simulations, but for computer science research as a whole. In this dissertation, we present a methodology with the intent to reduce the usage of memory, being able to mitigate the effects of this disparity of performance between memory and others computers peripherals. Through this work, we show how we used our methodology within the D-GM simulator in order to improve the second and show the viability of improving memory usage without having to focus on hardware potential. Furthermore, we are able to achieve improvements about memory, and overall speed of quantum circuits simulation, thus showing our methodology can be applied not only for quantum simulation, but researches which need to develop better memory access pattern. Finally, regarding the D-GM simulator, we discuss how we made better functions to controlled operators, such as dense, primary and secondary diagonal patterns; even though we could not fix memory performance issues, we managed to enhance quantum simulations.
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spelling 2019-04-24T17:44:28Z2019-04-24T17:44:28Z2018-09-17NASCIMENTO, Mateus Moreira Silveira do. Optimization of Memory Patterns in Quantum Computing Simulation. 2018. 70 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Programa de Pós-Graduação em Computação, Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2018.http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/4355Quantum simulation is the most common method to study quantum computing due to the lack of quantum hardware. Even so, simulators and simulations should be properly built to use the max computational power possible. One of the main problems of these assumptions comes from the memory, representing a bottleneck not just for quantum simulations, but for computer science research as a whole. In this dissertation, we present a methodology with the intent to reduce the usage of memory, being able to mitigate the effects of this disparity of performance between memory and others computers peripherals. Through this work, we show how we used our methodology within the D-GM simulator in order to improve the second and show the viability of improving memory usage without having to focus on hardware potential. Furthermore, we are able to achieve improvements about memory, and overall speed of quantum circuits simulation, thus showing our methodology can be applied not only for quantum simulation, but researches which need to develop better memory access pattern. Finally, regarding the D-GM simulator, we discuss how we made better functions to controlled operators, such as dense, primary and secondary diagonal patterns; even though we could not fix memory performance issues, we managed to enhance quantum simulations.A simulação quântica é o método mais comum para se estudar a computação quântica, devido a ausência do hardware necessário. Desta forma, simuladores e simulações devem ser propriamente orquestrados para que utilizem o máximo do poder computacional disponível. Um dos grandes problemas dessas formulações é relativa a memória, visto que é uma das maiores restrições para a utilização eficiente do computador, não apenas para a computação quântica mas para a ciência da computação como um todo. Nesta dissertação, apresentamos uma metodologia com intenção de reduzir o uso da memória, sendo assim capazes de mitigar os efeitos da disparidade entre memória e outros periféricos presentes no computador. Através deste trabalho, mostramos com utilizamos nossa metodologia em conjunto com o simulador D-GM em ordem de melhorar o uso da memória do segundo, e assim demonstrar a viabilidade de melhorar o uso da memória sem precisar focar no hardware. Além disso, fomos capazes de melhorar o uso de memória, e os tempos de execução de simulação de circuitos quânticos, assim mostrando que nossa metodologia pode ser aplicada não apenas a computação quântica, mas pesquisas que precisam melhorar o padrão de acesso à memória. Finalmente, em relação ao simulador D-GM, discutimos como fizemos funções que melhoraram o desempenho de operações controladas, como as que apresentam padrões densos, e de diagonal principal e secundária, embora não possamos arrumar a questão do desempenho da memória, conseguimos trabalhar ao redor disto para melhorar a simulação quântica.Sem bolsaporUniversidade Federal de PelotasPrograma de Pós-Graduação em ComputaçãoUFPelBrasilCentro de Desenvolvimento TecnológicoCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOQuantum computingQuantum simulationMemory patternD-GM environmentQuantum transformationsQuantum statesComputação quânticaSimulação quânticaPadrões de memóriaAmbiente D-GMTransformadas quânticasEstados quânticosOptimization of memory usage in quantum computing simulationinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttp://lattes.cnpq.br/8306586891299695http://lattes.cnpq.br/3283691152621834Pilla, Maurício Limahttp://lattes.cnpq.br/5401660213198750Ávila, Anderson Braga dehttp://lattes.cnpq.br/7322314500749887Reiser, Renata Hax SanderNascimento, Mateus Moreira Silveira doinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPel - Guaiacainstname:Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)instacron:UFPELTEXTDissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdf.txtDissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdf.txtExtracted texttext/plain95195http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/6/Dissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdf.txt6e0c36b76462be5a8621f6a2b3138f1eMD56open accessTHUMBNAILDissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdf.jpgDissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1226http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/7/Dissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdf.jpg89419e9d3170aab2c115b630c27e7255MD57open accessORIGINALDissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdfDissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdfapplication/pdf2589566http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/1/Dissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdfb9da535e2daa0632650c23f4646f2699MD51open accessCC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain; 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