Un simulateur de vecteur d'état creux et tronqué pour circuits piqués

Résumé

Dans une classe de circuits quantiques connus sous le nom de circuits à pic, l'objectif est de prédire la chaîne de bits la plus probable en sortie du circuit. Étant donné que ces circuits sont conçus pour présenter un pic prononcé dans leur distribution de sortie, il devrait en principe être possible de les simuler à l'aide d'un vecteur d'état tronqué avec un nombre limité de termes, ou d'une fraction de la masse de probabilité totale. Cette simulation approximative peut être effectuée sur un ordinateur classique avec une représentation creuse qui ne stocke que les amplitudes non nulles du vecteur d'état, contrairement aux représentations denses courantes dans la plupart des simulateurs quantiques. Pour des raisons d'efficacité, toutes les opérations sur le vecteur d'état doivent être vectorisées dans la mesure du possible et, si disponible, une accélération matérielle peut également être utilisée. Ce travail décrit comment ces exigences ont été satisfaites dans une implémentation open-source, et discute de ses performances et de ses limites.

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.