Um Simulador de Vetor de Estado Esparso e Truncado para Circuitos com Pico

Resumo

Em uma classe de circuitos quânticos conhecidos como circuitos com pico acentuado, o objetivo é prever a cadeia de bits mais provável na saída do circuito. Como esses circuitos são projetados para ter um pico acentuado em sua distribuição de saída, em princípio deve ser possível simulá-los utilizando um vetor de estado truncado com um número limitado de termos, ou uma fração da massa de probabilidade total. Essa simulação aproximada pode ser realizada em um computador clássico com uma representação esparsa que armazena apenas as amplitudes não nulas do vetor de estado, em contraste com as representações densas que são comuns na maioria dos simuladores quânticos. Para eficiência, todas as operações no vetor de estado devem ser vetorizadas ao máximo possível e, se disponível, a aceleração por hardware também pode ser utilizada. Este trabalho descreve como esses requisitos foram atendidos em uma implementação de código aberto, e discute seu desempenho e limitações.

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.