Custom Accelerators for Quantum-Annealing-Assisted Material Informatics

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分子構造の最適化手法のためのFPGAを用いた大規模かつ高速な量子アリーリングシミュレータのアーキテクチャを確立した． 昨年度に 基本的なアーキテクチャを確立した「スパースイジングモ デルに基づく高速アーキテクチャ」の大規模実装に対して取り組みを行った． 量子ビットごとに処理要素(PE)を用意しているためハードウェア量が多いという課題を解決するために，複数の量子ビットを同一のPEに割り当てるなどの対応を検討した．複数の量子ビットの値をPEへの入力とするために，複数入力を制御するチャネルを開発し，入力数に依存せずに同じハードウェアを使えるように直列で入力を受け付ける構成とした．それにより実装できる量子ビット数は数倍以上に向上した．また，このアーキテクチャでは，応用ごとに異なる回路を生成する必要があるため，そのような回路をイジングモデルから自動生成する，設計環境の開発も合わせて行った．応用問題がイジングモデルで与えられた場合に，そのグラフ構造を解析し，並列に実行されるノードを異なるPEに割り当てるようにクラスタリングを行うアルゴリズムを開発した．本年度開発したマッピングアルゴリズムでは，マッピングアルゴリズムの最初の取り組みとしてPE間の通信量を考慮しないという前提でアルゴリズムを開発した．マッピングの問題は組み合わせ探索問題となるが，探索空間が膨大となるために，ヒューリスティックなアルゴリズムを実装した．