Un Simulador de Vector de Estado Disperso y Truncado para Circuitos con Picos

Resumen

En una clase de circuitos cuánticos conocidos como circuitos con pico, el objetivo es predecir la cadena de bits más probable a la salida del circuito. Dado que estos circuitos están diseñados para presentar un pico pronunciado en su distribución de salida, en principio debería ser posible simularlos utilizando un vector de estado truncado con un número limitado de términos, o una fracción de la masa de probabilidad total. Esta simulación aproximada puede realizarse en un ordenador clásico con una representación dispersa que almacene únicamente las amplitudes no nulas del vector de estado, en contraste con las representaciones densas que son comunes en la mayoría de los simuladores cuánticos. Para lograr eficiencia, todas las operaciones sobre el vector de estado deben estar vectorizadas en la mayor medida posible y, si está disponible, también se puede utilizar aceleración por hardware. Este trabajo describe cómo se cumplieron estos requisitos en una implementación de código abierto, y discute su rendimiento y limitaciones.

English

In a class of quantum circuits known as peaked circuits, the goal is to predict the most probable bit string at the output of the circuit. Since these circuits are designed to have a sharp peak in their output distribution, in principle it should be possible to simulate them using a truncated state vector with a limited number of terms, or a fraction of the total probability mass. This approximate simulation can be carried out on a classical computer with a sparse representation that stores only the nonzero amplitudes of the state vector, in contrast to the dense representations that are common in most quantum simulators. For efficiency, all operations on the state vector should be vectorized to the furthest possible extent and, if available, hardware acceleration can also be used. This work describes how these requirements were met in an open-source implementation, and discusses its performance and limitations.