quantumlib/qsim

解决的问题

qsim 是一个高性能的量子电路状态向量模拟器。它允许研究人员和开发者通过将状态表示为复数振幅向量，并应用矩阵-向量乘法来模拟变换，从而模拟量子态随时间的演化。

工作原理

作为完整的状态向量（薛定谔）模拟器，qsim 计算所有 $2^n$ 个振幅，其中 $n$ 是量子比特的数量。为了实现高性能，它采用了多种优化技术：

• 门融合（Gate Fusion）： 通过将多个量子门合并为单个操作来减少操作次数。
• 硬件加速： 利用 AVX/FMA 指令进行向量化，使用 OpenMP 进行多线程，并支持 GPU 以实现更快的计算。
• 精度： 使用单精度算术以加快模拟速度。

适用人群

适用于需要模拟量子电路的用户，包括直接使用 C++ 库的用户，以及通过 qsimcirq 接口使用 Python 的用户，特别是使用 Cirq 框架建模噪声中等规模量子（NISQ）电路的用户。

主要亮点

• 高性能： 针对 CPU 和 GPU 上的向量运算和多线程进行了高度优化。
• 与 Cirq 集成： 提供专用接口（qsimcirq）用于模拟用 Cirq 编写的电路。
• 经验证的成果： 已用于生成发表在《自然》（2019）上的里程碑式交叉熵基准结果。
• 灵活的 API： 既可作为 C++ 库使用，也可作为 Python 包使用。