論文の概要: Exact and approximate simulation of large quantum circuits on a single GPU

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.14969v2
• Date: Wed, 13 Sep 2023 00:33:19 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-09-14 17:59:28.491893
• Title: Exact and approximate simulation of large quantum circuits on a single GPU
• Title（参考訳）: 単一GPU上での大規模量子回路のエクササイズと近似シミュレーション
• Authors: Daniel Strano, Benn Bollay, Aryan Blaauw, Nathan Shammah, William J. Zeng, Andrea Mari
• Abstract要約: 最大27量子ビットのフーリエ変換回路の正確なシミュレーションのための競合実行時間を報告する。 また、54量子ビットに作用するランダム回路の全ての振幅を、平均忠実度が4%以上の7層で近似シミュレーションした。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.46603287532620735
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We benchmark the performances of Qrack, an open-source software library for the high-performance classical simulation of (gate-model) quantum computers. Qrack simulates, in the Schr\"odinger picture, the exact quantum state of $n$ qubits evolving under the application of a circuit composed of elementary quantum gates. Moreover, Qrack can also run approximate simulations in which a tunable reduction of the quantum state fidelity is traded for a significant reduction of the execution time and memory footprint. In this work, we give an overview of both simulation methods (exact and approximate), highlighting the main physics-based and software-based techniques. Moreover, we run computationally heavy benchmarks on a single GPU, executing large quantum Fourier transform circuits and large random circuits. Compared with other classical simulators, we report competitive execution times for the exact simulation of Fourier transform circuits with up to 27 qubits. We also demonstrate the approximate simulation of all amplitudes of random circuits acting on 54 qubits with 7 layers at average fidelity higher than $4\%$, a task commonly considered hard without super-computing resources.
• Abstract（参考訳）: 我々は、(ゲートモデル)量子コンピュータの高性能古典シミュレーションのためのオープンソースのソフトウェアライブラリであるQrackの性能をベンチマークする。 Qrackは、Schr\"odinger図において、基本的な量子ゲートからなる回路の適用の下で進化する$n$ qubitsの正確な量子状態をシミュレートする。 さらに、Qrackは、実行時間とメモリフットプリントの大幅な削減のために量子状態のチューナブルな減少を取引する近似シミュレーションを実行することもできる。 本稿では,シミュレーション手法(実演と近似)について概観し,物理ベースの手法とソフトウェアベースの手法を強調する。 さらに、1つのGPU上で計算量の多いベンチマークを実行し、大きな量子フーリエ変換回路と大きなランダム回路を実行する。 他の古典的シミュレータと比較して、最大27キュービットのフーリエ変換回路の正確なシミュレーションの競合実行時間を報告する。 また,54量子ビットに作用するランダム回路の全ての振幅の近似シミュレーションを平均忠実度が4\%以上である場合,スーパーコンピュータ資源を使わずに行うことが一般的である。

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