Разреженный и усеченный симулятор вектора состояния для пиковых схем

Аннотация

В классе квантовых схем, известном как схемы с выраженным пиком, задача состоит в предсказании наиболее вероятной битовой строки на выходе схемы. Поскольку такие схемы спроектированы так, чтобы их выходное распределение имело резкий пик, в принципе их можно моделировать с помощью усеченного вектора состояния с ограниченным числом членов или долей от общей вероятностной массы. Такое приближенное моделирование может быть выполнено на классическом компьютере с разреженным представлением, хранящим только ненулевые амплитуды вектора состояния, в отличие от плотных представлений, распространенных в большинстве квантовых симуляторов. Для эффективности все операции над вектором состояния должны быть по возможности векторизованы, а при наличии также может использоваться аппаратное ускорение. В данной работе описывается, как эти требования были выполнены в реализации с открытым исходным кодом, и обсуждаются её производительность и ограничения.

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.