Research progress in quantum computing has, thus far, focused on a narrow set of application domains. Expanding the suite of quantum application domains is vital for the discovery of new software toolchains and architectural abstractions. In this work, we unlock a new class of applications ripe for quantum computing research -- computational cognitive modeling. Cognitive models are critical to understanding and replicating human intelligence. Our work connects computational cognitive models to quantum computer architectures for the first time. We release QUATRO, a collection of quantum computing applications from cognitive models. The development and execution of QUATRO shed light on gaps in the quantum computing stack that need to be closed to ease programming and drive performance. Among several contributions, we propose and study ideas pertaining to quantum cloud scheduling (using data from gate- and annealing-based quantum computers), parallelization, and more. In the long run, we expect our research to lay the groundwork for more versatile quantum computer systems in the future.


翻译:量子计算的研究进展迄今仍局限于少数应用领域。拓展量子应用领域对于发现新型软件工具链与架构抽象至关重要。本研究首次将计算认知建模——这一亟待量子计算研究探索的全新应用类别——引入量子计算领域。认知模型对于理解与复现人类智能具有关键意义。我们开创性地实现了计算认知模型与量子计算机架构的对接,并发布QUATRO——基于认知模型的量子计算应用集合。QUATRO的研发与执行揭示了量子计算堆栈中亟待填补的空白,这有助于简化编程并提升性能。在多项贡献中,我们率先提出并研究了量子云调度(基于门控量子计算机与退火量子计算机的数据)、并行化等关键概念。长远来看,这项研究将为未来构建更普适的量子计算机系统奠定基础。

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