論文の概要: Node Replacement based Approximate Quantum Simulation with Decision Diagrams

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.04335v1
• Date: Sun, 06 Jul 2025 10:44:36 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-08 15:46:35.126114
• Title: Node Replacement based Approximate Quantum Simulation with Decision Diagrams
• Title（参考訳）: ノード置換に基づく決定図を用いた近似量子シミュレーション
• Authors: Yexin Yan, Stefan Hillmich, Robert Wille, Christian Mayr,
• Abstract要約: 量子回路におけるシミュレーション精度とメモリ要求とのトレードオフについて述べる。 新たなアプローチでは、最小のランタイムオーバーヘッドを持つ決定ダイアグラムを持つ量子回路を表現するためのメモリ精度のトレードオフが向上する。 初めて、決定図に基づく量子シミュレーションにおいて、メモリと忠実性の間の強い線形トレードオフが示される。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.9656109301081557
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Simulating a quantum circuit with a classical computer requires exponentially growing resources. Decision diagrams exploit the redundancies in quantum circuit representation to efficiently represent and simulate quantum circuits. But for complicated quantum circuits like the quantum supremacy benchmark, there is almost no redundancy to exploit. Therefore, it often makes sense to do a trade-off between simulation accuracy and memory requirement. Previous work on approximate simulation with decision diagrams exploits this trade-off by removing less important nodes. In this work, instead of removing these nodes, we try to find similar nodes to replace them, effectively slowing down the fidelity loss when reducing the memory. In addition, we adopt Locality Sensitive Hashing (LSH) to drastically reduce the computational complexity for searching for replacement nodes. Our new approach achieves a better memory-accuracy trade-off for representing a quantum circuit with decision diagrams with minimal run time overhead. Notably, our approach shows good scaling properties when increasing the circuit size and depth. For the first time, a strong better-than-linear trade-off between memory and fidelity is demonstrated for a decision diagram based quantum simulation when representing the quantum supremacy benchmark circuits at high circuit depths, showing the potential of drastically reducing the resource requirement for approximate simulation of the quantum supremacy benchmarks on a classical computer.
• Abstract（参考訳）: 量子回路を古典的なコンピュータでシミュレーションするには、指数関数的に成長するリソースが必要である。 決定図は量子回路表現の冗長性を利用して、量子回路を効率的に表現し、シミュレートする。 しかし、量子超越性ベンチマークのような複雑な量子回路では、悪用すべき冗長性はほとんどない。 したがって、シミュレーション精度とメモリ要求との間のトレードオフを行うのが理にかなっていることが多い。 決定図を用いた近似シミュレーションに関するこれまでの研究は、このトレードオフを利用して、重要でないノードを除去する。 この作業では、これらのノードを削除する代わりに、それらを置き換えるために類似したノードを見つけようとします。 さらに、置換ノードを探索する際の計算量を大幅に削減するため、Locality Sensitive Hashing(LSH)を採用する。 我々の新しいアプローチは、最小のランタイムオーバーヘッドを持つ決定ダイアグラムを持つ量子回路を表現するための、より優れたメモリ精度トレードオフを実現する。 特に,本手法は回路サイズと深さを増大させる際に優れたスケーリング特性を示す。 量子超越性ベンチマーク回路を高回路深度で表現する場合, 古典コンピュータ上での量子超越性ベンチマークの近似シミュレーションにおいて, 資源要求を大幅に削減する可能性を示した。

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