論文の概要: SparQ: Simulating Scalable Quantum Algorithms via Sparse Quantum State Representations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.15118v1
- Date: Wed, 19 Mar 2025 11:23:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-20 15:22:56.211315
- Title: SparQ: Simulating Scalable Quantum Algorithms via Sparse Quantum State Representations
- Title（参考訳）: SparQ:スパース量子状態表現によるスケーラブル量子アルゴリズムのシミュレーション
- Authors: Tai-Ping Sun, Zhao-Yun Chen, Yun-Jie Wang, Cheng Xue, Huan-Yu Liu, Xi-Ning Zhuang, Xiao-Fan Xu, Yu-Chun Wu, Guo-Ping Guo,
- Abstract要約: We present SparQ, a quantum simulator implement in C++ based by the Feynman-based method。
SparQはレジスタレベルで動作し、量子状態のゼロでないコンポーネントのみを格納する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.7112784544167248
- License:
- Abstract: Efficient simulation of large-scale quantum algorithms is pivotal yet challenging due to the exponential growth of the state space inherent in both Sch\"odinger-based and Feynman-based methods. While Feynman-based simulators can be highly efficient when the quantum state is sparse, these simulators often do not fully support the simulation of large-scale, complex quantum algorithms which rely on QRAM and other oracle-based operations. In this work, we present SparQ, a quantum simulator implemented in C++ and inspired by the Feynman-based method. SparQ operates at the register level by storing only the nonzero components of the quantum state, enabling flexible and resource-efficient simulation of basic quantum operations and integrated QRAM for advanced applications such as quantum linear system solvers. In particular, numerical experiments on benchmarks from QASMBench and MQTBench demonstrate that SparQ outperforms conventional Schr\"odinger-based simulators in both execution time and memory usage for circuits with high sparsity. Moreover, full-process simulations of quantum linear system solvers based on a discrete adiabatic method yield results that are consistent with theoretical predictions. This work establishes SparQ as a promising platform for the efficient simulation of scalable quantum algorithms.
- Abstract（参考訳）: 大規模量子アルゴリズムの効率的なシミュレーションは、Sch\"odinger-basedとFeynman-basedの両方に固有の状態空間の指数関数的成長のために、重要でありながら難しい。
Feynmanベースのシミュレータは量子状態がスパースであるときに非常に効率的であるが、これらのシミュレータはQRAMやその他のオラクルベースの演算に依存する大規模で複雑な量子アルゴリズムのシミュレーションを完全にはサポートしていないことが多い。
本稿では,C++で実装された量子シミュレータであるSparQについて紹介する。
SparQは、量子状態のゼロでないコンポーネントのみを格納することでレジスタレベルで動作し、基本量子演算のフレキシブルかつリソース効率のシミュレーションと、量子線形システムソルバのような先進的なアプリケーションのための統合QRAMを可能にする。
特に、QASMBench と MQTBench のベンチマークに関する数値実験では、SparQ が従来の Schr\\odinger ベースのシミュレータを、高い間隔の回路の実行時間とメモリ使用量の両方で上回っていることが示されている。
さらに、離散的断熱法に基づく量子線形系解法の全過程シミュレーションにより、理論的予測と整合した結果が得られる。
この研究は、スケーラブルな量子アルゴリズムの効率的なシミュレーションのための有望なプラットフォームとしてSparQを確立する。
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