High-Performance Simulation of Interacting Multiparticle Quantum Walks with Apache Spark
Autores
|
6567 |
2733,790,2957
|
|
|
6568 |
2733,790,2957
|
|
|
6569 |
2733,790,2957
|
Informações:
Publicações do PESC
Embora muitos algoritmos quânticos têm sido desenvolvidos nas últimas décadas com consideráveis ganhos em complexidade quando comparados a seus equivalentes clássicos, a construção de um computador quântico de propósito geral ainda é um desafio tecnológico. Enquanto o hardware necessário para rodar algoritmos quânticos ainda não está disponível, pesquisadores dependem de simulações clássicas. Entretanto, as simulações mais interessantes demandam grandes quantidades de recurso computacional devido á quantidade de dados crescer exponencialmente em relação ao tamanho das instâncias e, assim, técnicas de computação de alto desempenho são necessárias. Caminhadas quânticas de multipartículas têm recebido grande atenção recentemente como uma ferramenta para desenvolvimento de algoritmos quânticos e para modelagem de fenômenos físicos. No presente trabalho, nós mostramos que o Apache Spark, um arcabouço para processamento de dados em larga escala, pode ser usado para simular caminhadas quânticas de multipartículas interativas, com tamanhos que são impraticáveis em computadores de propósito geral e com apenas um processador. Nós também disponibilizamos um protótipo para simulações de caminhadas quânticas, adequado para clusters de computadores, desenvolvido utilizando o Spark.
Although many quantum algorithms have been developed in the last few decades with considerable speedup when compared to their best classical counterparts, the task of building a general purpose quantum computer is still a technological challenge. While the hardware necessary to run quantum algorithms is not available, researchers rely on classical simulations. However, the most interesting simulations are very demanding of computational resources due to the amount of data growing exponentially with the instance sizes and, thus, high performance computing techniques are necessary. Multiparticle quantum walks have been receiving a great deal of attention recently as a tool for designing quantum algorithms and for modeling physical phenomena. In the present work, we show that Apache Spark, a framework for large-scale data processing, can be used to simulate quantum walks with multiple interacting particles, with instance sizes that are impractical on single-processor, general-purpose computers. We also provide a prototype for quantum walks simulations, suitable to computer clusters, being developed atop of Spark.