×
宋玉红;沙，Edwin Xing-Mean;诸葛、青峰;徐锐;王，韩

在保持精度的同时，使用DD压缩进行全状态量子电路模拟的高效算法。 （英语） Zbl 07789863号

量子信息处理。 22，第11号，第413号论文，第25页（2023年）.
摘要：随着噪声中等规模量子机的发展，量子处理器在特定应用中显示出其优越性。为了更好地理解量子行为并验证更大的量子比特（qubit）算法，在经典计算机上进行模拟变得至关重要。然而，随着模拟的量子比特数的增加，用于存储状态向量的全状态模拟内存将呈指数增长。为了压缩状态向量，一些现有的工作通过数据编码压缩器来减少内存。尽管如此，内存需求仍然很大。同时，其他人使用紧凑决策图（DD）来表示状态向量，这只需要线性内存大小。然而，现有的基于DD的仿真算法存在许多冗余计算，需要进一步探索。此外，传统的基于规范化的DD节点合并方法放大了近似误差的副作用。因此，为了应对上述挑战，在本文中，我们首先全面探讨了基于递归的DD仿真（RecursSim）算法中的冗余。受量子电路模型规律性的启发，提出了一种基于尺度的模拟算法（ScaleSim），该算法消除了大量不必要的计算。此外，为了消除近似误差的影响，我们提出了一种新的预检查DD构建方法，即PCB，该方法保持了DD表示的准确性，并节省了更多内存。综合实验表明，与传统的基于DD的量子算法方法相比，我们的方法在保持表示精度的同时，实现了24124.2倍的加速和3.2倍的内存缩减。

理学硕士：

81页68 量子计算

关键词：

量子电路模拟;决策图;算法优化;错误缓解

软件：

项目Q;qHiPSTER公司
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{Y.Song}等人，《量子信息处理》。22，第11号，第413号论文，25页（2023；Zbl 07789863）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 尼尔森，马萨诸塞州；庄，IL，量子计算与量子信息（2000），剑桥：剑桥大学出版社，剑桥·Zbl 1049.81015号
[2] Boixo，S。；伊萨科夫，SV；弗吉尼亚州斯迈扬斯基；巴布什，R。；丁，N。；江，Z。；Bremner，MJ；JM马提尼丝；Neven，H.，《表征近期器件中的量子优势》，《自然物理学》。，14, 6, 595-600 (2018) ·doi:10.1038/s41567-018-0124-x
[3] 阿鲁特，F。；Arya，K。；巴布什，R。；培根，D。；巴丁，JC；巴伦兹，R。；比斯瓦斯，R。；Boixo，S。；FG白兰度；Buell，DA，使用可编程超导处理器的量子优势，《自然》，5747979505-510（2019）·doi:10.1038/s41586-019-1666-5
[4] Shor，PW，量子计算机上素因式分解和离散对数的多项式时间算法，SIAM Rev.，41，2，303-332（1999）·Zbl 1005.11507号 ·doi:10.1137/S0036144598347011
[5] Grover，L.K.：一种用于数据库搜索的快速量子力学算法。摘自：第二十八届ACM计算理论研讨会论文集，第212-219页（1996）·Zbl 0922.68044号
[6] 蒋伟（Jiang，W.）。；熊，J。；Shi，Y.，面向量子优势的神经网络和量子电路联合设计框架，国家通讯社。，12, 1, 1-13 (2021)
[7] Soeken，M.、Roettler，M.，Wiebe，N.、De Micheli，G.：量子计算机的设计自动化和设计空间探索。摘自：2017年欧洲设计、自动化和测试会议与展览（DATE），第470-475页（2017年）。电气与电子工程师协会
[8] Boixo，S.，Isakov，S.V.，Smelyanskiy，V.N.，Neven，H.：将低深度量子电路模拟为复杂的无向图形模型。arXiv预印arXiv:1712.05384（2017）
[9] 麦卡斯基，A。；Dumitrescu，E。；陈，M。；利亚克·D·。；Humble，T.，用张量网络模拟验证量子经典规划模型，PLoS ONE，13，12，0206704（2018）·doi:10.1371/journal.pone.0206704
[10] Fatima，A.，Markov，I.L.：量子电路的更快薛定谔式模拟。收录于：2021年IEEE高性能计算机体系结构（HPCA）国际研讨会，第194-207页（2021年）。电气与电子工程师协会
[11] Wu，X.-C.，Di，S.，Dasgupta，E.M.，Cappello，F.，Finkel，H.，Alexeev，Y.，Chong，F.T.：使用数据压缩进行全状态量子电路模拟。在：《高性能计算、网络、存储和分析国际会议论文集》，第1-24页（2019）
[12] Smelyanskiy，M.、Sawaya，N.P.、Aspuru-Guzik，A.：qHiPSTER：量子高性能软件测试环境。arXiv预印arXiv:1601.07195（2016）
[13] Aaronson，S.，Chen，L.：量子优势实验的复杂性理论基础。第32届计算复杂性会议。LIPIcs，第79卷，第22-167页（2017年）·Zbl 1451.81157号
[14] GF的Viamontes；马尔可夫，IL；Hayes，JP，改进量子电路的门级模拟，量子信息过程。，2, 5, 347-380 (2003) ·Zbl 1130.81341号 ·doi:10.1023/B:QINP.000022725.70000.4a
[15] Zulehner，A。；Wille，R.，量子计算的高级模拟，IEEE Trans。计算。辅助设计。集成。电路系统。，38, 5, 848-859 (2018) ·doi:10.1109/TCAD.2018年2834427
[16] 伯恩斯坦，E。；Vazirani，U.，量子复杂性理论，SIAM J.Compute。，26, 5, 1411-1473 (1997) ·Zbl 0895.68042号 ·doi:10.1137/S0097539796300921
[17] 周，Y。；斯塔登米尔，EM；Waintal，X.，什么限制了量子计算机的模拟？，物理学。版本X，10，4（2020年）
[18] De Raedt，K。；Michielsen，K。；De Raedt，H。；Trieu，B。；阿诺德·G。；Richter，M。；Lippert，T。；Watanabe，H。；伊藤，N.，大规模并行量子计算机模拟器，计算。物理学。社区。，176, 2, 121-136 (2007) ·Zbl 1196.81094号 ·doi:10.1016/j.cpc.2006.08.007
[19] Shang，H.、Shen，L.、Fan，Y.、Xu，Z.、Guo，C.、Liu，J.、Zhou，W.、Ma，H.，Lin，R.、Yang，Y.等人：在新的Sunway超级计算机上进行量子计算化学的大规模模拟。arXiv预打印arXiv:2207.03711（2022）
[20] Pednault，E.，Gunnels，J.A.，Nannicini，G.，Horesh，L.，Magerlein，T.，Solomonik，E.，Wisnieff，R.：在量子电路模拟中突破49量子位势垒。arXiv预印arXiv:1710.0586715（2017）
[21] Häner，T.，Steiger，D.S.：对45比特量子电路进行0.5 PB的模拟。摘自：《高性能计算、网络、存储和分析国际会议论文集》，第1-10页（2017年）
[22] 李，R。；吴，B。；Ying，M。；太阳，X。；Yang，G.，Sunway TaihuLight上的量子优势电路模拟，IEEE Trans。并行分配系统。，31, 4, 805-816 (2019) ·doi:10.1109/TPDS.2019.2947511
[23] Khammassi，N.、Ashraf，I.、Fu，X.、Almudever，C.G.、Bertels，K.：Qx：一个高性能量子计算机模拟平台。摘自：2017年欧洲设计、自动化与测试会议与展览（DATE），第464-469页（2017年）。电气与电子工程师协会
[24] 斯泰格，DS；哈纳，T。；Troyer，M.，ProjectQ：量子计算的开源软件框架，quantum，2，49（2018）·doi:10.22331/q-2018-01-31-49
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。