Optimization of memory usage in quantum computing simulation
| Ano de defesa: | 2018 |
|---|---|
| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| 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. |
| id |
UFPL_94fd19f9c612ced0b34a39487bc66f2b |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:guaiaca.ufpel.edu.br:prefix/4355 |
| network_acronym_str |
UFPL |
| network_name_str |
Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca |
| repository_id_str |
|
| 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; charset=utf-849http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/2/license_url4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2fMD52open accesslicense_textlicense_texttext/html; charset=utf-80http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53open accesslicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-80http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/4/license_rdfd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD54open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81866http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/5/license.txt43cd690d6a359e86c1fe3d5b7cba0c9bMD55open accessprefix/43552023-07-13 07:13:43.528open accessoai:guaiaca.ufpel.edu.br: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ório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufpel.edu.br/oai/requestrippel@ufpel.edu.br || repositorio@ufpel.edu.br || aline.batista@ufpel.edu.bropendoar:2023-07-13T10:13:43Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca - Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)false |
| dc.title.pt_BR.fl_str_mv |
Optimization of memory usage in quantum computing simulation |
| title |
Optimization of memory usage in quantum computing simulation |
| spellingShingle |
Optimization of memory usage in quantum computing simulation Nascimento, Mateus Moreira Silveira do CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Quantum computing Quantum simulation Memory pattern D-GM environment Quantum transformations Quantum states Computação quântica Simulação quântica Padrões de memória Ambiente D-GM Transformadas quânticas Estados quânticos |
| title_short |
Optimization of memory usage in quantum computing simulation |
| title_full |
Optimization of memory usage in quantum computing simulation |
| title_fullStr |
Optimization of memory usage in quantum computing simulation |
| title_full_unstemmed |
Optimization of memory usage in quantum computing simulation |
| title_sort |
Optimization of memory usage in quantum computing simulation |
| author |
Nascimento, Mateus Moreira Silveira do |
| author_facet |
Nascimento, Mateus Moreira Silveira do |
| author_role |
author |
| dc.contributor.authorLattes.pt_BR.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/8306586891299695 |
| dc.contributor.advisorLattes.pt_BR.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/3283691152621834 |
| dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv |
Pilla, Maurício Lima |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/5401660213198750 |
| dc.contributor.advisor-co2.fl_str_mv |
Ávila, Anderson Braga de |
| dc.contributor.advisor-co2Lattes.fl_str_mv |
http://lattes.cnpq.br/7322314500749887 |
| dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Reiser, Renata Hax Sander |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Nascimento, Mateus Moreira Silveira do |
| contributor_str_mv |
Pilla, Maurício Lima Ávila, Anderson Braga de Reiser, Renata Hax Sander |
| dc.subject.cnpq.fl_str_mv |
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
| topic |
CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO Quantum computing Quantum simulation Memory pattern D-GM environment Quantum transformations Quantum states Computação quântica Simulação quântica Padrões de memória Ambiente D-GM Transformadas quânticas Estados quânticos |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Quantum computing Quantum simulation Memory pattern D-GM environment Quantum transformations Quantum states Computação quântica Simulação quântica Padrões de memória Ambiente D-GM Transformadas quânticas Estados quânticos |
| description |
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. |
| publishDate |
2018 |
| dc.date.issued.fl_str_mv |
2018-09-17 |
| dc.date.accessioned.fl_str_mv |
2019-04-24T17:44:28Z |
| dc.date.available.fl_str_mv |
2019-04-24T17:44:28Z |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| format |
masterThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.citation.fl_str_mv |
NASCIMENTO, 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. |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/4355 |
| identifier_str_mv |
NASCIMENTO, 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. |
| url |
http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/4355 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
| language |
por |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Pelotas |
| dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação em Computação |
| dc.publisher.initials.fl_str_mv |
UFPel |
| dc.publisher.country.fl_str_mv |
Brasil |
| dc.publisher.department.fl_str_mv |
Centro de Desenvolvimento Tecnológico |
| publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Pelotas |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca instname:Universidade Federal de Pelotas (UFPEL) instacron:UFPEL |
| instname_str |
Universidade Federal de Pelotas (UFPEL) |
| instacron_str |
UFPEL |
| institution |
UFPEL |
| reponame_str |
Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca |
| collection |
Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca |
| bitstream.url.fl_str_mv |
http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/6/Dissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdf.txt http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/7/Dissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdf.jpg http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/1/Dissertacao_Mateus_Moreira_Silveira_do_Nascimento.pdf http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/2/license_url http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/3/license_text http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/4/license_rdf http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/4355/5/license.txt |
| bitstream.checksum.fl_str_mv |
6e0c36b76462be5a8621f6a2b3138f1e 89419e9d3170aab2c115b630c27e7255 b9da535e2daa0632650c23f4646f2699 4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2f d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e 43cd690d6a359e86c1fe3d5b7cba0c9b |
| bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv |
MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 MD5 |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca - Universidade Federal de Pelotas (UFPEL) |
| repository.mail.fl_str_mv |
rippel@ufpel.edu.br || repositorio@ufpel.edu.br || aline.batista@ufpel.edu.br |
| _version_ |
1856426240170262528 |