Seminário de Andamento: MATEUS MOREIRA SILVEIRA DO NASCIMENTO

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Título: Otimização dos Padrões de Acesso a Memória em Simulação de Computação Quântica

Autor: MATEUS MOREIRA SILVEIRA DO NASCIMENTO

Orientação:

  • Renata Hax Sander Reiser, Orientadora (PPGC-UFPel)

Banca Examinadora:

  • Adenauer Corrêa Yamin (PPGC-UFPel)
  • André Du Bois (PPGC-UFPel)

Data: 30 de Agosto de 2017

Hora: 16:30

Local: LUPS

Resumo:
Nos dias de hoje, uma das maiores dificuldades na simulação de algoritmos quânticos é o crescimento exponencial das computações, provocando um incremento expressivo nas complexidades espacial e temporal. Isto ocorre pois as simulações frequentemente utilizam produtos tensoriais caracterizando o paralelismo quântico, mas que demandam considerável espaço de leitura e escrita, uma vez que os operadores são modelados por estruturas matriciais. A simulação quântica é um importante passo para o desenvolvimento da CQ e de soluções alternativas para problemas como o aumento exponencial do espaço de estados e processos. Entretanto, explorar o potencial computacional oferecido por arquiteturas modernas como clusters e GPU é frequentemente insuficiente para solucionar tais problemas, embora alguns simuladores já ofereçam abstrações para utilização destes recursos. Mesmo assim é possível observar que conforme um sistema quântico demanda mais passos de computação, a simulação adquire um custo exponencial, o qual os simuladores não conseguem gerenciar. Por fim, otimizações nos simuladores podem enriquecê-los no sentido de simular circuitos maiores. O ambiente D-GM apresenta-se como um simulador cujos principais componentes são o ambiente de desenvolvimento VPE-qGM e o de execução VirD-GM das aplicações quânticas. O D-GM conta com interface gráfica e diversas otimizações que buscam melhorar o seu desempenho, considerando a execução de duas classes de transformadas quânticas especiais: as transformações unitárias, e as controladas, as quais estão caracterizadas por operadores matriciais densos e espaços respectivamente. Por último, o D-GM possui a capacidade de utilizar tanto a GPU para realização de cálculos, quanto a CPU para computação distribuída, estando em consolidação de uma arquitetura híbrida para desenvolvimento de aplicações quânticas. Como principal meta deste trabalho, busca-se compreender as estruturas de dados mais frequentemente utilizadas por simuladores quânticos e, a partir desta compreensão se estrutura a proposta de um modelo de memória com suporte a novas estratégias de gerenciamento e incremento no desempenho do D-GM, com resultados significativos no desenvolvimento de aplicações e pesquisa teórica.