Een schaarse en getrunceerde toestandsvector-simulator voor gepiekte circuits

Samenvatting

In een klasse van quantumcircuits die bekend staat als gepiekte circuits, is het doel om de meest waarschijnlijke bitstring aan de uitgang van het circuit te voorspellen. Omdat deze circuits zijn ontworpen om een scherpe piek in hun uitvoerverdeling te hebben, zou het in principe mogelijk moeten zijn om ze te simuleren met behulp van een getrunceerde toestandsvector met een beperkt aantal termen, of een fractie van de totale waarschijnlijkheidsmassa. Deze benaderende simulatie kan worden uitgevoerd op een klassieke computer met een schaarse representatie die alleen de niet-nul amplitudes van de toestandsvector opslaat, in tegenstelling tot de dichte representaties die gebruikelijk zijn in de meeste quantumsimulatoren. Voor efficiëntie moeten alle bewerkingen op de toestandsvector zoveel mogelijk worden gevectoriseerd en, indien beschikbaar, kan ook hardwareversnelling worden gebruikt. Dit werk beschrijft hoe aan deze vereisten is voldaan in een open-source implementatie en bespreekt de prestaties en beperkingen ervan.

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.