Zeitfensterbasierte Optimierung der Kommunikationskosten im Verteilten Quantencomputing

Zeitfensterbasierte Optimierung der Kommunikationskosten im Verteilten Quantencomputing

Abstract:

Diese Arbeit entwickelt und evaluiert eine zweistufige Optimierungsstrategie, die Kommunikationskosten in verteilten Quantenschaltkreisen senkt. Zunächst werden Quantenschaltkreise als ungerichtete Graphen modelliert und mittels Kernighan-Lin Algorithmus in zwei nahezu gleichgroße Cluster zerlegt, wodurch bis zu 60% der Schnitt-übergreifenden CNOT Kanten entfallen. Die verbleibenden Gatter werden in Zeitfenster eingeteilt. Ein heuristikbasiertes Zuweisungsverfahren priorisiert dabei Fenster mit maximaler Qubit-Überlappung und gleichmäßiger Lastverteilung. Diese Fensterstruktur reduziert die gleichzeitige Nutzung einzelner Qubits und senkt so die Kommunikationskosten zwischen Ausführungseinheiten. Die Experimente auf dem Qiskit QASM-Simulator vergleichen diese Methode mit einer linearen Baseline, in der die Gatter sequentiell und ohne Partitionierung verarbeitet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kombination aus Graphpartitionierung und vorsichtig parametrisiertem Zeitfenster Scheduling signifikante Einsparungen ermöglicht, ohne die logische Korrektheit zu beeinträchtigen. Zukünftige Arbeiten sollten die Methode auf realer Hardware validieren, Fehlerkorrektur einbinden und adaptive, ML gestützte Fenstergrößen untersuchen.

Autor/in:

Rama Malhis

Betreuer:

Studentische Abschlussarbeit | Veröffentlicht June 2025 | Copyright © QAR-Lab
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