論文の概要: Clifft: Fast Exact Simulation of Near-Clifford Quantum Circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.27058v1
• Date: Wed, 29 Apr 2026 18:00:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-01 16:31:53.745365
• Title: Clifft: Fast Exact Simulation of Near-Clifford Quantum Circuits
• Title（参考訳）: Clifft:Near-Clifford量子回路の高速エクササイズシミュレーション
• Authors: Bradley A. Chase, Farrokh Labib,
• Abstract要約: Clifftはオープンソースのシミュレータで、最大指数コストを全量子ビット数から動的アクティブ部分空間にシフトする。 Clifftは、私たちの知る限り、エスケープステージを含むマジックステート培養の、最初のエンドツーエンドのシミュレーションを可能にします。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Exact classical simulation of fault-tolerant quantum circuits remains limited by a tradeoff between exponential state vector scaling, exponential $T$-count scaling in stabilizer-rank approaches, and per-shot tracking overhead in sparse generalized stabilizer simulators. In this work, we introduce Clifft, an open-source simulator that shifts the dominant exponential cost from the total qubit count to a dynamic active subspace by factoring the quantum state into an offline Clifford frame, an online Pauli frame, and a dynamically sized active state vector. This architecture resolves deterministic Clifford coordinate transformations ahead of time, generalizing Stim's compile-once, sample-many execution model to circuits with non-Clifford operations. Consequently, exponential simulation costs are determined by the peak active virtual dimension, which expands during non-Clifford operations and contracts during measurements. Clifft remains within a constant factor of standard tools in the pure-Clifford and non-Clifford limits, while delivering up to orders-of-magnitude throughput gains over GPU-accelerated near-Clifford simulators on low-magic fault-tolerant benchmarks. Executing on commodity CPUs and exposing a Stim-like API, Clifft enables, to our knowledge, the first exact end-to-end simulation of magic state cultivation including the escape stage, over hundreds of billions of shots. These simulations show that escape-stage failures suppress the discrepancy between the true $T$-gate circuit and its $S$-proxy at low decoder-gap thresholds, while at high thresholds the full-protocol behavior approaches the larger discrepancy observed in the cultivation stages alone.
• Abstract（参考訳）: 耐故障性量子回路の古典的シミュレーションは、指数的状態ベクトルスケーリング、安定化器ランクアプローチにおける指数的$T$カウントスケーリング、スパース一般化安定化器シミュレータにおけるショット毎追跡オーバーヘッドとのトレードオフにより、依然として制限されている。 本研究では、量子状態をオフラインのクリフォードフレーム、オンラインのパウリフレーム、動的サイズのアクティブな状態ベクトルに分解することで、最大指数コストを全量子ビット数から動的アクティブな部分空間にシフトするオープンソースのシミュレータClifftを紹介する。 このアーキテクチャは、決定論的クリフォード座標変換を事前に解決し、Stimのコンパイルオンス、サンプルマン実行モデルを、非クリフォード演算を持つ回路に一般化する。 その結果、指数的シミュレーションコストはピークアクティブな仮想次元によって決定され、これは測定中の非クリフォード演算と契約の間に拡大する。 Clifftは純粋なCliffordおよび非Cliffordリミットの標準ツールの定数要素に留まり、低磁力耐障害ベンチマーク上のGPU加速近クリフフォードシミュレータよりも高次精度のスループットを達成している。 一般的なCPU上で実行し、StimライクなAPIを公開することで、Clifftは私たちの知る限り、エスケープステージを含むマジックステート培養の最初のエンドツーエンドシミュレーションを可能にします。 これらのシミュレーションにより, 真の$T$ゲート回路と, その$S$-プロキシの低デコーダギャップ閾値での相違が抑制され, 高閾値でのフルプロトコール挙動は, 栽培段階でのみ観察される大きな相違に近づいた。

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