論文の概要: Aicir: A Full-Stack Quantum Circuit Simulator with AscendNPU Support
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.09733v1
- Date: Mon, 10 Aug 2026 15:33:46 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-11 19:16:37.34899
- Title: Aicir: A Full-Stack Quantum Circuit Simulator with AscendNPU Support
- Title（参考訳）: Aicir: AscendNPUをサポートしたフルスタック量子回路シミュレータ
- Abstract要約: 我々はHuawei Ascend NPUバックエンドを用いたフルスタック量子回路シミュレータを開発した。
Aicirは回路構成、いくつかの状態表現、測定、微分、変分アルゴリズム、量子機械学習、量子アーキテクチャ検索を接続する。
我々は,CPUフォールバックを無効にしてネイティブ実行を検証し,分散通信と勾配を2,4,8NPUでチェックした。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.490474290985344
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum computing is a promising way to study problems that are difficult for classical methods, but current quantum hardware still faces limits in scale, noise, and fidelity. Running quantum algorithms on physical machines can also be costly. Quantum circuit simulators therefore remain important because they let researchers design and test algorithms on classical computers before using quantum hardware. Most high-performance simulators provide GPU backends, while few offer native support for NPUs. This gap limits the computing platforms available for quantum-algorithm research. We developed Aicir to provide a full-stack quantum circuit simulator with a native Huawei Ascend NPU backend. Aicir connects circuit construction, several state representations, measurement, differentiation, variational algorithms, quantum machine learning, and quantum architecture search through one programming model. It also supports noise simulation, tensor-network and matrix-product-state engines, and distributed state simulation. On the NPU, paired real tensors, fixed-rank gate views, and hardware-specific formulas keep the tested simulation paths on the device. The same representation lets Aicir partition a state across $2^{p}$ NPUs while retaining reverse-mode differentiation. We validated native execution with CPU fallback disabled and checked distributed communication and gradients on 2, 4, and 8 NPUs. For the tested fused layered circuits, Aicir's CPU runtime is within $0.97$--$1.28\times$ that of Qiskit Aer and $0.76$--$1.10\times$ that of Cirq. These results place its CPU execution in the same range as established simulators for this workload, while the NPU tests establish correct native execution rather than CPU-to-NPU speedup.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、古典的な手法では難しい問題を研究するための有望な方法であるが、現在の量子ハードウェアは、スケール、ノイズ、忠実さの限界に直面している。
物理マシン上で量子アルゴリズムを実行するのもコストがかかる。
そのため、量子回路シミュレータは、研究者が量子ハードウェアを使用する前に古典的なコンピュータ上でアルゴリズムを設計し、テストできるため、依然として重要である。
ほとんどの高性能シミュレータはGPUバックエンドを提供するが、NPUをネイティブにサポートするものはほとんどない。
このギャップは量子アルゴリズム研究で利用可能なコンピューティングプラットフォームを制限する。
我々は,Huawei Ascend NPUバックエンドを用いたフルスタック量子回路シミュレータを提供するために,Aicirを開発した。
Aicirは、回路構成、いくつかの状態表現、測定、微分、変分アルゴリズム、量子機械学習、および1つのプログラミングモデルによる量子アーキテクチャ探索を接続する。
また、ノイズシミュレーション、テンソルネットワーク、行列積状態エンジン、分散状態シミュレーションもサポートする。
NPUでは、ペア化された実テンソル、固定ランクゲートビュー、ハードウェア固有の公式が、テストされたシミュレーションパスをデバイス上に保持する。
同じ表現は、Aicir が 2^{p}$ NPU に分割し、逆モードの微分を保持することを可能にする。
我々は,CPUフォールバックを無効にしてネイティブ実行を検証し,分散通信と勾配を2,4,8NPUでチェックした。
テストされた融合層回路では、AicirのCPUランタイムは、Qiskit Aerの0.97$-$1.28\times$、Cirqの0.76$--$1.10\times$である。
これらの結果は、そのCPU実行を、このワークロードの確立したシミュレータと同じ範囲に配置する一方、NPUテストは、CPUからNPUへのスピードアップではなく、正しいネイティブ実行を確立する。
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