量子模拟器的飞跃 - 看看 QPerfect 的 MIMIQ-Circ – 量子技术内部

几年前，量子计算机模拟器还相当有限。在笔记本电脑上，也许您可​​以模拟大约 10 个量子位。通过云，也许您可​​以模拟大约 20 个。根据您运行的内容，具有这些低量子位计数的算法可能已经需要几个小时来处理。事实上，我发现云模拟器仅使用大约 10,000 个量子位时的运行时间限制为 20 秒。我等了 2.75 小时，最后才得到一条错误消息。

从那以后的几年里，量子计算机有了很大的进步，它们的模拟器也有了很大的进步。我没有对它们进行全部测试，但通常会发现声称具有 30-40 个量子位模拟功能。我们还看到了模拟器的兴起，模拟器具有模仿特定类型量子计算机甚至特定量子计算机的噪声模型。

最近，我们看到张量网络的使用有所增长。这些经典求解器声称可以模拟 100 多个量子位。现在，来了 完美，它声称他们的 MIMIQ环路 家庭 模拟器可以处理数百个量子位，也许多达几千个量子位。我被短暂授予访问权限，我利用这段时间来检验他们的说法。

MIMIQ-Circ，由 QPerfect 设计

经典模拟量子计算机的挑战在于，我们添加的每个纠缠量子位都会使表示量子系统所需的内存量增加一倍。减少总体内存需求的一种方法是不完全描述系统。内存需求仍然呈指数增长，但较小的数字正在翻倍。模拟更多量子位的另一种方法是限制可以实现的操作，就像 Clifford 模拟器的情况一样，它可以模拟数千个量子位。 

MIMIQ-Circ 遵循第一种方法，使用具有全套操作的部分状态空间。量子比特数不如 Clifford 模拟器高，但比其他模拟器高得多。 

MIMIQ-Circ 实际上是一个小型模拟器系列：状态向量模拟器和 MPS 模拟器。

状态向量模拟

在当前的试用期内，QPerfect 将其状态向量模拟器限制为仅 32 个量子位，并且射击限制为 216。它实际上并不返回状态向量，它代表测量之前量子位的状态，但它正在管道中，并且有一种方法可以同时获取它。目前，它返回一个采样作为计数，就像您使用 QASM 模拟器一样。 

有趣的是，我将本地安装的模拟器与云托管的 MIMIQ-Circ 模拟器进行了比较。这使 MIMIQ-Circ 处于明显的劣势，因为数据必须通过互联网进行往返。 

我针对 QPE 和 HHL 电路测试了模拟器，这些电路是您会发现的最深的量子电路。在最小的规模下，本地实施速度更快。但随着我增加量子比特数，即使存在互联网问题，MIMIQ-Circ 也会变得更快。 

为了向您展示 QPE 发生这种情况的速度有多快，我使用了氢分子，它是我们可以使用的最小的分子。为了进行精确计算，我们总共需要九个量子位。总共有 15 个量子位，云上的 MIMIQ-Circ 已经比本地模拟器更快。借助 HHL，MIMIQ-Circ 在 16 个量子位上追平了本地模拟器，并在 XNUMX 个量子位上超越了它。

MIMIQ-Circ 足够高效，即使有网络延迟，它也能超越本地模拟器。重要的是，MIMIQ-Cirq 的结果在质量上与本地模拟器匹配，建立了对其实际工作的信心。

MPS模拟

这是张量网络模拟器，据说可以模拟数百个量子位。但你在其他地方做不到这一点，所以我周围没有那么大的量子电路。幸运的是，使用称为“交换测试”的子程序可以轻松构建大型电路。因此，我构建了一个大型电路，运行它，扩大规模，然后再次运行它，直到 MIMIQ-Circ 最终崩溃。

MIMIQ-Circ 在不到 1401 分钟的时间内处理了 6 个量子位的电路。 

在 1401 到 1421 个量子位之间的某个位置以及 700 到 710 个受控交换门之间的某个位置，MIMIQ-Circ 最终开始返回运行时错误。这比普通量子计算机模拟器的处理能力多出近 1400 个量子位。

重要的是，在小规模下，MIMIQ-Circ 的结果在质量上与本地模拟器相匹配。不幸的是，其他模拟器的扩展能力有限。然而，SWAP 测试很容易验证，而且 MIMIQ-Circ 在大尺度上的表现似乎比其他模拟器在小尺度上的表现要好得多。

本地模拟与网络延迟

为了解决网络延迟问题（即必须通过互联网发送数据往返），QPerfect 表示他们正在研究批处理作业、变分算法支持和本地 20 量子位状态向量模拟器。据我所知，本地模拟器应该轻松胜过其他本地替代品。作为奖励，您不必通过互联网发送数据，无论如何，并不是每个人都愿意这样做。 

结论

MIMIQ-Circ 应该能够模拟我们可能在当今每台量子计算机上运行的每个量子电路，包括两个未公开提供的 1000 多个处理器。事实上，MIMIQ-Circ 相对于这些处理器有两大优势：

1. 没有噪音。如果没有量子纠错（我们在生产中没有），MIMIQ-Circ 在质量上应该优于 1000 多个处理器。
2. MIMIQ-Circ 具有全方位的量子位连接。尽管这 1000 多个处理器中的一个具有全面连接的潜力，但这一点尚未得到证实，而另一个则肯定没有。

尽管我重点关注 MIMIQ-Circ 的压力测试，但需要重申的是，其结果在质量上与本地模拟器的结果相匹配。在其他模拟器可以运行的最小规模下，很容易确认 MIMIQ-Circ 是否有效。从大规模来看，SWAP 测试的结果是有希望的。 MIMIQ-Circ 似乎快速、准确且独树一帜。

布莱恩·西格尔瓦克斯 是一位独立的量子算法设计师和自由撰稿人 内部量子技术。他以其对量子计算领域的贡献而闻名，特别是在量子算法的设计方面。他评估了许多量子计算框架、平台和实用程序，并通过他的著作分享了他的见解和发现。西格尔瓦克斯也是一位作家，撰写了《地下城与量子比特》和《选择你自己的量子冒险》等书籍。他定期在 Medium 上撰写有关量子计算相关的各种主题的文章。他的工作包括量子计算的实际应用、量子计算产品的评论以及量子计算概念的讨论。

分类：
量子计算, 研究, 软件

标签：
布赖恩·西格尔瓦克斯, MIMIQ环路, 完美

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• Sumber: https://www.insidequantumtechnology.com/news-archive/quantum-simulator-leap-looking-at-mimiq-circ-by-qperfect/