公用事业规模量子模拟器的比较基准测试

《ACM Transactions on Quantum Computing》：Comparative Benchmarking of Utility-Scale Quantum Emulators

量子模拟器性能评估：MPS方法在超大规模量子电路模拟中表现最优，可高效完成1024量子位基准测试，多项式时间模拟所有非随机电路，验证了量子模拟器超越当前量子硬件的精确性极限。

　　

摘要

在实用规模上评估量子算法（涉及100多个量子比特）是推动量子计算实际应用的关键步骤。在这项研究中，我们使用基于张量网络、矩阵乘积态（MPS）、决策图和分解态等方法对七种最先进的量子模拟器进行了基准测试，这些模拟器运行在基于CPU的硬件上，并专注于实现高精度的模拟。测试采用了MQTBench库中的13个基准电路，这些电路的量子比特数量从4个到1,024个不等。测试结果显示，基于MPS的模拟器在整体性能上优于其他方法：它们成功解决了8个最大规模为1,024个量子比特的基准测试，并在5分钟内解决了至少12个最大规模为100个量子比特的基准测试。我们还发现，除了一个随机设计的电路外，所有电路都可以在多项式时间内被模拟出来。这项工作表明，量子模拟器能够以高保真度忠实模拟各种大型和复杂的通用量子电路，其能力远远超过了状态向量模拟器和当前量子硬件的限制。