論文の概要: Scalable simulation of random quantum circuits using projected entangled-pair states

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.04769v1
• Date: Mon, 07 Apr 2025 06:47:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-08 14:09:32.527645
• Title: Scalable simulation of random quantum circuits using projected entangled-pair states
• Title（参考訳）: 射影絡み合ったペア状態を用いたランダム量子回路のスケーラブルシミュレーション
• Authors: Sung-Bin B. Lee, Hee Ryang Choi, Daniel Donghyon Ohm, Seung-Sup B. Lee,
• Abstract要約: ランダム量子回路 (RQC) の状態をシミュレートするために, ビダルゲージに投影された絡み合ったペア状態 (PEPS) を簡易に更新する。 従来のCPUでは、$n leq 104$または$chi leq 128$の大規模シミュレーションを行うことで、状態忠実性の普遍的なスケーリング挙動が分かる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Classical simulation of a programmable quantum processor is crucial in identifying the threshold of a quantum advantage. We use the simple update of projected entangled-pair states (PEPSs) in the Vidal gauge to simulate the states of random quantum circuits (RQCs), which center around recent quantum advantage claims. Applied to square lattices of qubits akin to state-of-the-art superconducting processors, our PEPS simulation is exact for circuit depths less than $D_\mathrm{tr}$ = $\beta\log_2\chi$, where $\chi$ is the maximum bond dimension and $2 \lesssim \beta \lesssim 4$ depends on the choice of two-qubit gates, independent of the qubit number $n$. We find the universal scaling behaviors of the state fidelity by performing large-scale simulations for $n \leq 10^{4}$ or $\chi \leq 128$ on a conventional CPU. Our method has computational cost scaling polynomially with $n$ for circuit depth $D =O(\log n)$ and is more advantageous than matrix product state (MPS) approaches if $n$ is large. This work underscores PEPSs as a scalable tool for benchmarking quantum algorithms, with future potential for sampling applications using advanced contraction techniques.
• Abstract（参考訳）: プログラマブル量子プロセッサの古典的なシミュレーションは、量子優位性のしきい値を特定するのに不可欠である。 直近の量子優位性クレームを中心としたランダム量子回路(RQC)の状態をシミュレートするために,バイダルゲージ内の射影エンタングルペア状態(PEPS)を簡易に更新する。 D_\mathrm{tr}$ = $\beta\log_2\chi$, $\chi$ is the maximum bond dimension and $2 \lesssim \beta \lesssim 4$ is the choice of two-qubit gates, independent of the qubit number $n$。 従来のCPUでは、$n \leq 10^{4}$または$\chi \leq 128$の大規模シミュレーションを行うことで、状態忠実性の普遍的なスケーリング挙動が分かる。 本手法は,回路深度$D=O(\log n)$に対して$n$の計算コストを多項式的にスケーリングし,もし$n$が大きければ,行列積状態(MPS)アプローチよりも有利である。 この研究は、PEPSを量子アルゴリズムをベンチマークするためのスケーラブルなツールとして評価し、将来は高度な収縮技術を用いてアプリケーションをサンプリングする可能性がある。

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