中国团队成功模拟了64量子位电路

量子计算机是一种基于量子力学原理的设备。与经典位相比,量子位可以位于“0” and “1”,因此由量子位组成的量子计算机可以计算和存储更多数据。添加额外的量子位可以成倍地增加量子计算机的计算能力,并且量子计算机的计算能力在某些任务上可能很快会超过最新的超级计算机。

过去几年中,量子计算取得了一系列重大进展,特别是在超导量子芯片方面,据报道,该器件具有20和50量子比特的保真度。同时,半导体量子芯片也取得了很大的进步。“Quantum supremacy”他声称,如果制造50量子比特的设备,经典计算机的极限将被超越。直接模拟50个量子位需要大约16 PB的RAM来存储完整的向量。 Google和IBM团队提出了一些有效的方法来模拟低深度电路,从而将这一限制提高到了56量子比特(例如,纠缠门的延迟和费曼路径方法)。

Origin Quantum公司与郭广灿教授的团队合作,提出了一种基于变换两个量子位门的仿真方案,使用128个节点的集群实现了深度为22的通用随机电路的64量子位仿真,以及56和一台PC上的42量子位电路。特别是,通过将几个控制Z(CZ)门转换为测量门和单量子位门,可将该电路映射到其他2n个子电路上。这些子电路由两个块组成,它们之间没有任何量子位纠缠,从而将一个N量子位仿真问题转换为一组N / 2。然后将所有子电路的结果加在一起,以重建最终状态。他们还估计,在与IBM团队使用的超级计算机相同的超级计算机上,可以在大约16小时内模拟一个深度为23的72比特位电路。

他们的工作能够以更少的硬件负担模拟更多的量子位,并为经典模拟提供新的视角。它只需要一台装有GTX-1080Ti的PC即可计算42和56量子位电路。用128个节点的计算机集群模拟了64位的电路,但是与其他方法相比,它们使用的硬件资源大大减少了。

由于复杂性随量子位数量和深度呈指数增长,因此对50多个量子位的仿真将始终具有深度上限。然而,更多的具有较小深度的量子位系统的仿真对于量子算法(例如QFT和无监督机器学习)的研究仍然发挥着重要作用。此外,该划分方案可以与其他仿真方法(例如费曼路径积分)相结合,以进一步降低复杂度。这些改进可能有助于实现许多其他量子算法的仿真。陈兆云,周琦,薛成,夏霞,郭广灿,郭国平。 64位量子电路仿真。 科学通报,2018,doi:10.1016 / j.scib.2018.06.007

https://万维网。科学指导。com /科学/文章/pii /S2095927318302809



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