quantumlib/qsim

解決的問題

qsim 是一個高性能的量子電路狀態向量模擬器。它允許研究人員和開發者透過將狀態表示為複數振幅向量，並應用矩陣-向量乘法來模擬變換，從而模擬量子態隨時間的演化。

工作原理

作為完整的狀態向量（薛定諤）模擬器，qsim 計算所有 $2^n$ 個振幅，其中 $n$ 是量子位元數量。為了實現高性能，它採用了多種優化技術：

• 門融合（Gate Fusion）： 透過將多個量子門合併為單一操作來減少操作次數。
• 硬體加速： 利用 AVX/FMA 指令進行向量化，使用 OpenMP 進行多執行緒，並支援 GPU 以實現更快的計算。
• 精度： 使用單精度算術以加快模擬速度。

適用對象

適用於需要模擬量子電路的使用者，包括直接使用 C++ 庫的使用者，以及透過 qsimcirq 接口使用 Python 的使用者，特別是使用 Cirq 框架建模雜訊中等規模量子（NISQ）電路的使用者。

主要亮點

• 高性能： 高度優化於 CPU 和 GPU 上的向量運算與多執行緒。
• 與 Cirq 集成： 提供專用介面（qsimcirq）用於模擬以 Cirq 編寫的電路。
• 經證實的成果： 已用於產生發表於《自然》（2019）的里程碑式交叉熵基準結果。
• 彈性 API： 可作為 C++ 庫或 Python 套件使用。