Classical simulators of quantum computers and no-go theorems
它被讨论，为什么经典的量子计算机模拟器逃脱一些不去的索赔，如Kochen-Specker，贝尔，或最近的康威-Kochen“自由意志”定理。
2006-06-13 cs.OH quant-ph
A space-efficient quantum computer simulator suitable for high-speed FPGA implementation
传统的基于矢量的量子计算机模拟器在它们可以处理的量子线路的大小方面是非常有限的，这是由于作为所应用的量子操作的数量的函数的完整量子态矢量的甚至稀疏表示的最坏情况指数增长。然而，这种指数空间的要求可以通过使用复杂性理论家长期以来所知的一般时空权衡来避免，这种权衡可以针对这个特定问题进行适当的优化，这种方式也说明了量子力学的一些有趣的重新表述。在本文中，我们描述了量子计算机模拟器的工作软件原型的设计和经验时空复杂度测量，以避免过多的空间需求。由于其空间效率，这种设计非常适合嵌入在单芯片环境中，允许特别快速的执行，避免了对主存的访问延迟。我们计划在标准FPGA开发板上进行原型设计。
2009-10-08 quant-ph
Towards Outperforming Classical Algorithms with Analog Quantum Simulators
由于量子计算机目前还遥不可及，量子模拟器是有效和更精确地模拟传统计算机所面临的问题的替代设备。量子模拟器分为模拟和数字，通过结合这两种技术可以构建“混合”模拟器。在本文中，我们专注于开放量子系统的模拟量子模拟器，并解决他们可以击败经典计算机的限制。特别是，作为一个例子，我们讨论了模拟的绿硫细菌的叶绿体捕光天线与超过250个声子模式耦合到每个电子状态。此外，我们提出了物理设置，可用于再现量子动力学的标准和多模荷斯坦模型。所提出的方案是基于目前可用的超导电路技术，包括磁通量子比特和量子振荡器。
2015-01-30 quant-ph
STABSim: A Parallelized Clifford Simulator with Features Beyond Direct Simulation
针对当前稳定子模拟器在QEC扩展性、多量子领域利用不足等问题，提出首个GPU加速表格式稳定子模拟器，实现QEC工作负载优于CPU的扩展性，还提出新误差模型、展示化学应用并实现Clifford+T到PBC的转译优化。
2025-08-21 quant-ph
Quantum Computer Emulator
我们描述了一个通用的量子计算机的量子计算机仿真器。该仿真器由量子计算机物理实现的仿真器和用于编程和控制仿真器的图形用户界面组成。我们通过Deutsch-Jozsa和Grover的数据库搜索算法的各种实现来说明量子计算机仿真器的使用。
2000-03-29 quant-ph
Universal Statistical Simulator
量子傅里叶变换是量子计算中的一个著名例子，因为它是量子计算机比经典计算机快指数的有用算法的第一个演示。然而，在解释加速时，理解经典计算的计算复杂度必须基于信念。此外，这个解释还附带了一个警告，即当前的经典计算可能会得到改进。在本文中，我们提出了一个量子计算机代码的高尔顿板模拟器，是指数速度比经典的计算使用一个例子，可以直观地理解，而不需要了解计算复杂性。我们演示了一个简单的量子计算机上的实现，只使用三种类型的量子门，它使用$\mathcal{O} (n^2)$资源计算$2^n$轨迹。这里提出的电路也受益于具有较低的深度比以前的量子高尔顿板，此外，我们表明，它可以扩展到一个通用的统计模拟器，这是通过删除钉和改变每个钉的左右比。
2022-02-03 quant-ph
Quintuple: a Python 5-qubit quantum computer simulator to facilitate cloud quantum computing
2016年5月，IBM向科学界发布了其5量子位量子计算机，即“IBM Quantum Experience”，该产品已获得来自全球学生，教育工作者和研究人员的25，000多名用户。在“IBM Quantum Experience”推出后的短时间内，已经发布了一系列来自平台硬件的5量子比特系统的研究结果。Quintuple是一个开源的面向对象的Python模块，实现了“IBM Quantum Experience”硬件的模拟。五重量子算法可以通过与“IBM Quantum Experience”完全兼容的自定义语言或纯Python编程和运行。超过40个示例程序提供了预期的结果，包括Grover算法和Deutsch-Jozsa算法。Quintuple致力于研究5-qubit系统，以及开发和调试部署在“IBM Quantum Experience”硬件上的量子算法。
2016-06-29 quant-ph
Massively parallel quantum computer simulator, eleven years later
11年前在这本杂志上描述的通用量子计算机的大规模并行模拟器的修订版本，用于在当今一些最强大的超级计算机上对各种基于门的量子算法进行基准测试。波函数的自适应编码将内存需求降低了8倍，使得在神威太湖之光和K计算机上模拟高达48个量子位的通用量子计算机成为可能。该模拟器在Sunway TaihuLight、K计算机、IBM Blue Gene/Q和基于Intel Xeon的集群上表现出接近理想的弱缩放行为，这意味着并行化和硬件的组合可以跟踪由于量子比特数量增加而导致的指数缩放。给出了在包含48个量子比特的量子计算机上执行简单量子线路和Shor因子分解算法的结果。
2018-12-11 physics.comp-ph quant-ph
Quantum simulators, continuous-time automata, and translationally invariant systems
众所周知，即使对于量子计算机来说，寻找晶格汉密尔顿的基态能量的一般问题也非常困难。我们在这里表明，这是情况下，即使是在几何不变的系统。我们还表明，量子计算机可以建立在一个固定的，几何不变的哈密顿组成的最近邻相互作用的一维链。计算的结果在规定的时间之后以高概率获得。
2007-05-02 quant-ph
MPStab: an hybrid stabilizers tensor-network quantum circuit simulator
University of Trieste（的里雅斯特大学）；Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Trieste Section（意大利国家核物理研究所的里雅斯特分部）；University of Helsinki（赫尔辛基大学）；European Organization for Nuclear Research (CERN)（欧洲核子研究组织（日内瓦））；Chalmers University of Technology（查尔姆斯理工大学）
介绍基于稳定器和张量网络混合形式的量子电路模拟器MPStab，用于模拟量子系统，通过展示其软件包、功能及探究性能，助力经典计算机模拟量子系统技术发展，明确量子计算机能力范围。
2026-07-28 quant-ph
Benchmarking Supercomputers with the Jülich Universal Quantum Computer Simulator
我们使用通用量子计算机的大规模并行模拟器来对世界上一些最强大的超级计算机进行基准测试。我们在Sunway TaihuLight、K计算机、IBM BlueGene/Q JUQUEEN和基于Intel Xeon的集群JURECA和JUWELS上发现了接近理想的缩放行为。在Sunway TaihuLight和K计算机上，可以通过自适应双字节编码来模拟高达48个量子位的通用量子计算机，以将内存需求减少八倍。此外，我们还讨论了一种替代方法，通过分解纠缠门来缓解内存瓶颈，从而可以模拟具有大量量子位的低深度电路。
2019-12-06 physics.comp-ph quant-ph
Quantum computers as universal quantum simulators: state-of-art and perspectives
在过去的几年里，量子技术在实际计算和模拟中得到了具体和快速的传播。特别是，基于捕获离子或超导量子位的量子计算平台已经可用于模拟和基准测试，其中可以可靠地初始化、控制和测量多达几十个量子位。本综述旨在全面展望这些近期噪声设备作为通用量子模拟器提供的最新能力，即可编程量子计算机可能能够计算许多物理模型的时间演化。首先，我们给出了有关数字量子模拟的基本理论背景的教学概述，重点是硬件相关的自旋型哈密顿映射到相应的量子线路模型作为模拟更复杂的模型的关键初始步骤。然后，我们回顾了在过去十年中所取得的主要实验成果，这些自旋模型的数字量子模拟，主要采用两个领先的量子体系结构。我们比较它们的性能和概述未来的挑战，也鉴于未来的混合动力技术，实现长期寻求量子优势的物理科学中的复杂的多体模型的模拟的最终目标。
2020-04-19 quant-ph
Benchmarking quantum computers via protocols
本文提出用协议基准测试量子计算机，通过明确阈值区分量子性与经典性，并用于比较不同量子计算机及真实芯片与模拟器，进而回答有效量子比特数问题。
2025-05-25 quant-ph
Designing a Million-Qubit Quantum Computer Using Resource Performance Simulator
容错量子计算机的优化设计涉及到在大规模集成噪声组件的负担和提高硬件技术可靠性的负载之间找到适当的平衡。这种平衡可以通过在包含有限计算资源的现实量子硬件上定量建模量子逻辑运算的执行来评估。在这项工作中，我们报告了一个完整的性能仿真软件工具，能够（1）通过改变资源结构和技术参数来搜索硬件设计空间，（2）在硬件约束下合成和调度容错量子算法，（3）量化算法的执行时间和失败概率等性能指标，以及（4）分析这些度量的分解以突出性能瓶颈，并且可视化资源利用以评估所选设计的充分性。使用这个工具，我们研究了一个巨大的设计空间，用于实现Shor算法的关键构建块，以分解1，024位数，基线预算为150万量子位。我们证明，一个被设计为量子比特数是原来的两倍，通信信道的基线失真度是原来的十分之一的捕获离子量子计算机，可以在不到五个月的时间里分解出一个2,048比特的整数。
2015-12-02 quant-ph
Parallel Simulation of Quantum Networks with Distributed Quantum State Management
本文针对大规模量子网络串行仿真耗时的问题，开发了首个并行离散事件量子网络仿真器，通过设计分布式量子态管理器并优化同步开销，在 1,024 节点网络中实现最高 25 倍加速，并开源了该工具。
2021-11-06 quant-ph
Parallelizing the stabilizer formalism for quantum machine learning applications
针对扩展稳定子模拟器因门应用顺序性导致性能不佳的问题，本文并行化其计算过程，使其可在多核设备部署，并在4量子比特、60.2K门场景下比Qiskit快4.23倍。
2025-02-15 quant-ph
A novel approach to noisy gates for simulating quantum computers
本文提出通过修改无噪声门构造可纳入环境效应的噪声门，以更准确模拟 NISQ 量子计算机，并在最多18量子比特实验中优于 Qiskit。
2023-09-20 quant-ph
One-Way Quantum Computer Simulation
在单向量子计算（1WQC）模型中，通过对处于高度纠缠态的指定量子比特的测量来进行普适量子计算。这些测量的基的选择以及纠缠的结构指定了量子算法。由于可扩展和可靠的量子计算机尚未实现，量子计算模拟器是唯一广泛使用的工具来设计和测试量子算法。然而，在大多数情况下，在标准经典计算机上模拟量子计算需要指数级的内存和时间。本文提出了一种通用的1WQC直接模拟器OWQS。一些技术，如量子位消除，模式重排和隐式模拟的行动被用来大大减少所需的时间和内存的模拟。此外，我们的模拟器进行了调整，模拟的测量模式与一个广义的流，而不计算测量概率，这被称为扩展的单向量子计算模拟器（EOWQS）。实验结果验证了所提出的模拟器的可行性，并且与众所周知的量子电路模拟器相比，OWQS和EOWQS更快，即，QuIDDPro和libquantum用于模拟1WQC模型。
2015-12-10 cs.ET quant-ph
Quantum Supremacy Circuit Simulation on Sunway TaihuLight
随着工业界和学术界的快速进步，数十个量子比特甚至更大尺寸的量子计算机正在实现。然而，现有量子计算机的保真度通常会随着电路深度的增加而急剧下降。因此，一个理想的量子线路模拟器在经典计算机上，特别是在高性能计算机上，需要基准测试和验证。我们设计了一个通用随机量子线路的大规模模拟器，通常被称为“量子霸权电路”，并在神威太湖之光上实现。该模拟器可以完成以下两个任务：1）计算一个完整的输出状态向量; 2）计算一个或几个振幅。我们的目标是49量子位电路的模拟。对于任务1），我们成功地模拟了深度为39的电路，对于任务2），我们达到了55的深度水平。据我们所知，这两个模拟结果都达到了49量子比特量子霸权电路的最大深度。
2018-08-13 quant-ph
Variational Quantum Eigensolver Approach to Prime Factorization on IBM's Noisy Intermediate Scale Quantum Computer
本研究提出基于变分量子特征求解器（VQE）的量子-经典混合质因数分解算法，经IBM真实量子计算机与经典模拟器验证，分别可分解最大253与1048561的数，展现了近期量子计算的应用潜力。
2025-03-19 quant-ph
A Short Scalability Study on the SeQUeNCe Parallel Quantum Network Simulator
本文利用ORNL Frontier对并行化SeQUeNCe量子网络模拟器进行可扩展性研究，揭示其扩展行为并探讨改进策略。
2025-03-12 cs.NI quant-ph
Error sensitivity of a Quantum Simulator I: a first example
由于第一个有用的量子计算机将是量子模拟器，这里评估了在简单测试问题中解决薛定谔方程所需的最小量子位数。从目前的初步结果来看，似乎有可能实现一个有用的量子模拟器，只有10-15量子比特的寄存器。对某些错误的固有敏感性似乎是适度的，而不需要纠错方法。目前，至少有一些迹象表明，幅度误差比相位和退相干误差更危险。因此，仅限于幅度误差的校正可能非常有用。
2001-10-16 quant-ph
Noisy intermediate scale quantum simulation of time dependent Hamiltonians
量子计算机有望帮助我们实现多体量子系统动力学的精确模拟。然而，目前NISQ设备的局限性使我们无法实现这一目标。最近提出了一种称为量子辅助模拟器的用于执行量子模拟的算法，该算法有望在当前的实验设备上实现。在这项工作中，我们扩展了量子辅助模拟器来模拟一类含时哈密顿的动力学。我们表明，量子辅助模拟器更容易实现，并且可以实现多量子位相互作用和具有挑战性的驱动协议，这是其他现有方法难以实现的。我们证明了这一点的IBM量子体验云量子计算机上的时间相关的哈密顿量的量子辅助模拟器相比，Trotterization和变分量子模拟的优越性能。此外，我们展示了模拟由10000个量子位组成的哈密顿动力学的能力。我们的研究结果表明，量子辅助模拟器是一个很有前途的算法，目前的量子硬件。
2021-08-15 quant-ph
ChemiQ: A Chemistry Simulator for Quantum Computer
量子计算是一种具有高处理速度的新型计算系统，有望解决许多领域的问题。在这些领域中，最直观的应用是帮助化学研究人员正确描述强关联和复杂系统，这是当前化学模拟面临的最大挑战。本文介绍了一个独立的化学量子模拟工具ChemiQ，该工具旨在帮助人们在真实或虚拟的量子计算机上进行化学研究或分子计算。在C++语言模块化编程思想的指导下，软件设计为一个没有第三方物理或化学应用程序包的全栈工具。它提供以下服务：可视化构建分子结构，快速模拟基态能量，按距离或角度扫描分子势能曲线，研究化学反应，分析后以图形方式返回计算结果。
2022-12-28 physics.chem-ph quant-ph
Parallel Quantum Computing in a Single Ensemble Quantum Computer
我们提出了一种用于系综量子计算机的并行量子计算模式。在这种模式下，一些量子位可以处于纯态，而其他量子位处于混合态。它使单个系综量子计算机能够执行$"$单指令多数据类型的并行计算。在Grover算法和Shor算法中，并行量子计算可以提供额外的加速。此外，它还可以更充分地利用系综量子计算机中的量子比特资源。因此，在Schulman-Varizani和Cleve-Diplenzo算法中制备有效纯态时丢弃的一些量子比特可以重新利用。
2003-07-08 quant-ph
Algorithmic Cooling of a Quantum Simulator
受控量子力学设备提供了一种模拟更复杂量子系统的方法，其速度比经典计算机快得多。这种“量子模拟器”在很大程度上依赖于能够制备哈密顿量的基态，其性质可以用于计算关联函数，甚至是某些经典计算的解决方案。虽然绝热制备仍然是产生这种基态的主要手段，在这里，我们提供了一种不同的制备途径：通过模拟耗散冷却到基态。这与当代在量子系统中实现广义形式的模拟退火的努力直接类似。
2012-07-30 quant-ph
Generalized Quantum Assisted Simulator
我们提供了一个模拟开放量子系统动力学、广义时间演化、非线性微分方程和Gibbs态制备的噪声中尺度量子框架。我们的算法不需要任何经典量子反馈回路，绕过贫瘠的高原问题，不需要任何复杂的测量，如阿达玛测试。我们引入了混合密度矩阵的概念，这使我们能够解开我们算法的不同步骤，并将经典的高要求任务委托给量子计算机。我们的算法在三个不相交的步骤进行。首先，我们选择一个矩阵，然后在量子计算机上测量重叠矩阵。最后一步涉及来自第二步的经典后处理数据。该算法在求解纳维-斯托克斯方程、等离子体流体力学、量子Boltzmann训练、量子信号处理和线性系统等方面具有潜在的应用价值。我们的整个框架与当前的实验兼容，可以立即实施。
2022-08-03 quant-ph
Considering Decoherence Errors in the Simulation of Quantum Circuits Using Decision Diagrams
通过使用量子力学效应，量子计算机有望在解决传统计算机难以解决的问题方面实现显着的加速。然而，尽管最近取得了进展，但它们在可扩展性和可用性方面仍然有限，这使得量子软件和硬件的开发严重依赖于在传统硬件上运行的量子模拟器。然而，大多数模拟器模仿完美的量子计算机，因此，忽略了量子力学效应的脆弱性，这经常导致真实量子设备中的退相干误差。在模拟过程中考虑这些误差是复杂的，但为了为特定设备定制量子算法是必要的。到目前为止，大多数国家的最先进的模拟器考虑退相干误差依赖于（指数）大阵列表示。作为替代方案，基于决策图的模拟器已被证明非常有前途的量子线路的模拟一般，但还没有支持退相干误差。在这项工作中，我们正在缩小这一差距。我们研究了如何考虑退相干误差影响基于决策图的方法的仿真性能，并提出了先进的解决方案，以减轻负面影响。实验证实，这产生了几个数量级的改进相比，一个天真的考虑错误。
2020-12-10 quant-ph
Simulating Quantum Computers Using OpenCL
量子计算是一项新兴技术，有望实现计算模式的转变，并允许在许多不同的问题中加速。然而，量子设备仍处于早期阶段，大多数只有少量量子比特。这依赖于模拟来开发量子算法并验证这些设备。虽然存在许多用于量子线路仿真的算法，但是（在撰写本文时）没有使用OpenCL来并行化该仿真的工具，从而在保持便携性的同时利用诸如GPU之类的设备。在本文中，这样的工具，包括优化领域，如门应用。这导致了一种新的方法，优于其他流行的基于状态向量的模拟器。所提出的模拟器的实现可在https://qcgpu.github.io上获得。
2018-11-07 quant-ph
Revisiting semiconductor bulk hamiltonians using quantum computers
随着近期量子计算机的出现，使用量子算法模拟固体的性质成为可能。通过对系统哈密顿量的充分描述，变分方法能够得到能带结构和其他基本性质作为跃迁几率。在这里，我们使用k $\cdot$ p哈密顿算子来描述III-V族的半导体结构，并使用状态向量求解器、概率模拟器和真实噪声器件模拟器来获得它们的能带结构。结果表明，所得到的能带结构与直接对角化哈密顿量得到的能带结构一致。仿真时间取决于所使用的优化器、电路深度和仿真器。最后，利用优化的本征态，我们给出了带间吸收几率，证明了利用量子计算机分析晶体系统基本性质的可能性。
2022-08-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hybrid annealing using a quantum simulator coupled to a classical computer
在崎岖的潜在景观中找到全局最小值是一项计算上很难的任务，通常相当于相关的优化问题。模拟退火是一种通过模拟热噪声来探索配置空间的计算技术。通过缓慢冷却，它将系统冻结在低能量配置中，但算法经常陷入局部极小值。在量子退火中，热噪声被可控的量子涨落所取代，该技术可以在现代量子模拟器中实现。然而，量子绝热方案在quasidgeneracies的存在下变得非常慢。在这里，我们提出了一个策略，结合了模拟退火和量子退火的想法。在这种混合算法中，量子模拟器的结果在经典设备上处理。当量子模拟器通过重复应用量子涨落和执行投影测量来探索配置空间时，经典计算机评估每个配置并强制降低能量。我们已经模拟了这种算法的随机能量模型的小实例，表明它可能优于模拟热退火和绝热量子退火。它对于涉及多个准简并基态的问题是最有效的。
2016-11-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.quant-gas physics.comp-ph
Differentiable matrix product states for simulating variational quantum computational chemistry
本文提出一种基于矩阵乘积态的可微分经典模拟器，将VQE量子线路演化融入自动微分框架，实现与变分参数数量无关的高效梯度计算，可模拟多达40量子比特的分子体系，为近期量子算法提供测试与基准平台。
2023-11-30 quant-ph
Scalable parallel simulation of quantum circuits on CPU and GPU systems
本研究为Q$^2$Chemistry量子电路模拟器提出CPU/GPU并行化方案，通过批量缓冲、依赖感知门收缩和多门并行显著提速，并优于现有开源模拟器。
2025-09-08 quant-ph
QPack Scores: Quantitative performance metrics for application-oriented quantum computer benchmarking
本文介绍了QPack的基准得分定义，QPack是面向应用的跨平台量子计算机和模拟器基准测试套件，它使用可扩展的量子近似优化算法和变分量子本征求解器应用程序。使用一组不同的基准测试应用程序，可以定量地了解量子计算机或其模拟器在一般NISQ时代应用程序上的表现。本文介绍了可以收集哪些量子执行数据并将其转换为面向应用程序的量子基准测试的基准测试分数。给出了总体基准得分的定义，以及基于运行时间、准确性、可扩展性和容量性能的子得分。使用这些分数，在本地和供应商的远程云服务上运行的各种量子计算机模拟器之间进行比较。我们还使用QPack基准测试来收集IBMQ Nairobi量子处理器的一小部分量子执行数据。QPack基准测试分数的目标是全面了解量子性能，并能够在不同的量子计算机之间进行简单快速的比较
2022-05-24 cs.ET quant-ph
First quantum machine learning applications on an on-site room-temperature quantum computer
本研究首次在现场室温双量子比特计算机上实现QML算法应用，基于数据重上传框架的单比特模型经理想模拟器训练后部署，分类准确率与理想模拟相当。
2023-12-18 quant-ph
Application of quantum scrambling in Rydberg atom on IBM quantum computer
用非时序相关器（OTOC）测量的量子置乱对理解黑洞物理和评价量子混沌具有重要作用。里德伯原子因其在构建量子模拟器方面的优异性能而受到广泛关注。通过研究相关系统中的量子置乱，可以开发出快速有效的量子模拟器。在这里，我们提出了一个通用的量子线路理论上实现的干涉协议，这是一种技术，提出测量OTOC功能。我们将此电路应用于里德伯原子双自旋伊辛模型的模拟中，测量了OTOC，从而测量了量子置乱。我们将这种方法应用于初积态和纠缠态，比较了两种情况下量子信息的置乱效果。最后，我们讨论其他建筑，这种技术可以应用。
2018-07-06 quant-ph
Quantum simulator for the Ising model with electrons floating on a helium film
我们提出了一个物理装置，可以用来模拟量子动力学的伊辛模型与现代技术。我们的方案包括电子漂浮在超流氦通过库仑力相互作用。在低温极限下，系统将保持在基态附近，其哈密顿量相当于伊辛模型，从而显示出量子临界性等现象。此外，所提出的设计可以被推广，以便研究相互作用的场论（例如，$λϕ^4$）和绝热量子计算机。
2008-06-16 quant-ph
A quantum circuit simulator and its applications on Sunway TaihuLight supercomputer
量子计算的经典模拟对于验证量子器件和评估量子算法至关重要。本文介绍了一个在神威太湖之光超级计算机上开发的新的量子线路模拟器。与其他模拟器相比，本模拟器有两个不同之处。首先，我们的模拟器更通用。该模拟器由三个相互独立的部分组成，分别用不同的方法计算量子态的全振幅、部分振幅和单振幅。它具有模拟噪声影响的功能，支持更多种类的量子操作。其次，我们的模拟器是高效率的。该模拟器采用两级并行结构，在分布式众核Sunway TaihuLight超级计算机上高效实现。随机量子线路可以分别用40、75和200个量子比特在全幅、部分幅和单幅上进行模拟。作为模拟器的示例性应用，我们给出了一个量子快速泊松求解器和一个计算超越函数的量子算法。我们的模拟器有望在各个领域的量子算法开发中有更广泛的应用。
2020-08-17 quant-ph
Quantum Simulation of Pairing Hamiltonians with Nearest-Neighbor Interacting Qubits
虽然通用量子计算机还远未实现，但可控量子设备的巨大进步，特别是固态系统，使物理实现“量子模拟器”成为可能。量子模拟器是能够有效模拟其他量子系统的物理设置，这些系统在经典计算机上是难以处理的。基于固态量子比特系统的各种类型的最近邻相互作用，我们提出了一套完整的算法来模拟配对哈密顿量。数值研究了每种算法对应的目标状态的保真度。我们还比较了不同类型的实验可用的哈密顿设计的算法，并分析其复杂性。此外，我们设计了一个测量方案，从模拟器中提取能谱。我们的模拟算法可能是可行的与国家的最先进的技术在固态量子器件。
2014-11-23 quant-ph
Spin Foam Vertex Amplitudes on Quantum Computer -- Preliminary Results
在量子引力的自旋泡沫模型中，顶点振幅是跃迁振幅的基本贡献。本文的目的是使用量子算法计算顶点振幅的第一步。在我们的研究中，我们专注于一个顶点振幅的3+1 D重力，与一个五角星形自旋网络。此外，自旋网络的所有自旋标签被假定为相等的$j=1/2$，这对于引入\emph{intertwiner qubits}是至关重要的。提出了一种在通用量子计算机上确定顶点振幅模平方的方法。利用IBM公司的\emph{ibmqx4} 5-qubit量子计算机、该公司提供的量子计算机模拟器和QX量子计算机模拟器对该方法的实用性进行了测试。最后，顶点概率的值确定采用QX和IBM模拟器与20量子比特量子寄存器，并与分析预测进行比较。
2019-06-18 gr-qc hep-th quant-ph
Benchmarking Quantum Computer Simulation Software Packages: State Vector Simulators
本文构建容器化HPC基准测试工具链，系统比较多款态矢量量子模拟软件在三类典型任务中的性能与规模扩展性，以支持软件选型和后续社区验证。
2024-07-06 cs.ET physics.comp-ph quant-ph
How To Program Your Own Quantum Computer or QUBE: QUantum computing for BEginners
本文面向初学者，说明仅凭向量、矩阵乘法基础和少量 Python/numpy 函数，即可用十二行代码实现完整量子计算机模拟器，从而通过亲手构建理解量子计算。
2023-12-01 cs.ET quant-ph
Application of Quantum Machine Learning using the Quantum Variational Classifier Method to High Energy Physics Analysis at the LHC on IBM Quantum Computer Simulator and Hardware with 10 qubits
LHC实验计划的主要目标之一是发现新物理。这需要在巨大的背景中识别罕见的信号。使用机器学习算法大大增强了我们实现这一目标的能力。随着量子技术的发展，量子机器学习有望成为高能物理数据分析的有力工具。在这项研究中，使用IBM门模型量子计算系统，我们采用量子变分分类方法在最近的两个大型强子对撞机旗舰物理分析：$t\bar{t}H$（希格斯玻色子生产与顶夸克对）和$H\rightarrowμ^{+}μ^{-}$（希格斯玻色子衰变到两个μ子，探测希格斯玻色子耦合到第二代费米子）。我们已经在IBM量子模拟器和IBM量子硬件上获得了10个量子比特的早期结果。在量子模拟器上使用100个事件的小训练样本，量子变分分类器方法的性能类似于LHC物理分析中经常使用的经典算法，如SVM（支持向量机）和BDT（提升决策树）。在量子硬件上，量子变分分类器方法已经显示出与量子模拟器相当的有前途的鉴别能力。这项研究表明，量子机器学习有能力区分现实物理数据集中的信号和背景。我们预计量子机器学习将在未来的高亮度LHC物理分析中使用，包括测量希格斯玻色子的自耦合和寻找暗物质。
2021-08-21 hep-ex quant-ph
Polyhedral Classical Simulators for Quantum Computation
Bilkent University（比尔肯特大学）
本文提出多面体经典模拟器框架，统一并扩展现有模拟方法，为推进高效经典模拟边界提供几何路线图。
2025-10-08 math.CO quant-ph
Solving hadron structures using the basis light-front quantization approach on quantum computers
量子计算通过在非相对论量子多体理论中获得前沿解，已经证明了彻底改变我们对核、原子和分子结构的理解的潜力。在这项工作中，我们表明，量子计算可以用来解决强子的结构，由强相互作用的相对论量子场论。在非微扰哈密顿体系中，我们将轻无味介子作为相对论性束缚态问题进行了研究，并利用基光阵面量子化（BLFQ）方法对模拟量子器件进行了数值计算.我们实现并比较了变分量子本征求解器（VQE）和子空间搜索变分量子本征求解器（SSVQE），分别从理想模拟器、噪声模拟器和IBM量子计算机中找到了轻介子系统的低质量谱及其相应的光前波函数作为量子态.基于得到的量子态，我们直接在量子线路上计算了介子衰变常数和部分子分布函数。我们的量子计算机和模拟器上的计算是在合理的协议与经典计算机上解决的精确的数值解时，噪声是适度的小，我们的整体结果与现有的实验数据是可比的。
2022-10-31 nucl-th quant-ph
Fast simulation of Grover's quantum search on classical computer
研究界一直在积极致力于量子计算机的实现。但是大规模商用量子计算机还没有成为现实，随着算法的出现和在多个领域的应用，量子计算领域日益丰富。有效的量子模拟器的可用性将使研究人员能够快速验证他们的结果和概念，以建立正确性的工作证明。一个重要的算法，已成为建立其他算法和模型的基本成分之一是格罗弗的搜索算法，这是已知的计算最密集。我们的方法突出了设计原则的快速模拟格罗弗的搜索，可以在通用的个人计算机上实现。与现有的模拟器相比，所获得的性能令人鼓舞。
2021-04-05 cs.DS quant-ph
Intel Quantum Simulator: A cloud-ready high-performance simulator of quantum circuits
量子计算机的经典模拟将继续在量子信息科学的发展中发挥重要作用，无论是对量子算法的数值研究还是对噪声和误差的建模。在此，我们介绍最新版本的英特尔Quantum模拟器（IQS），以前称为qHiPSTER。该软件的高性能计算（HPC）功能允许用户利用超级计算机提供的可用硬件资源以及可用的公共云计算基础设施。为了利用后一个平台，连同每个单独的量子态的分布式模拟，IQS允许细分计算资源以并行地模拟相关电路的池。我们强调了分布式算法的技术实现和新的池功能的细节。我们还包括一些基本的基准测试（最多42个量子位）和使用HPC基础设施获得的性能结果。最后，我们使用IQS仿真的情况下，许多量子设备并行运行，实现量子近似优化算法，使用粒子群优化作为经典的子程序。结果表明，这种经典优化算法的超参数依赖于量子线路模拟的总数量，一个人有带宽来执行。英特尔量子模拟器已开放源代码并获得许可，旨在模拟大量量子位，模拟并行运行的多个量子设备，和/或研究退相干和其他硬件错误对计算结果的影响。
2020-05-05 cs.DC physics.comp-ph quant-ph
Observation of a Many-Body Dynamical Phase Transition with a 53-Qubit Quantum Simulator
量子模拟器是一种受限的量子计算机，它控制量子比特之间的相互作用，可以映射到某些困难的量子多体问题。随着对更大数量的量子比特施加更多的控制，模拟器可以解决更广泛的问题，最终极限是可以解决一般类别的困难问题的通用量子计算机。我们使用一个量子模拟器组成的53量子比特来研究非平衡相变的横向磁场伊辛模型的磁性，在一个制度，传统的统计力学不适用。量子比特由捕获的离子自旋表示，可以在各种初始纯态中制备。我们应用具有可控强度和范围的全局远程伊辛相互作用，并以接近99%的效率测量每个单独的量子位。这允许单次测量任意多体相关性，用于直接探测动态相变和揭示依赖于量子位之间的长程相互作用和高连通性的计算上难以处理的特征。
2017-08-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Freely configurable quantum simulator based on a two-dimensional array of individually trapped ions
定制和精确控制的量子系统可以提供对另一个不太容易访问的感兴趣系统的基本理解。通用量子计算机目前还遥不可及，但模拟量子模拟器可以使量子模型的相关可观测量、相互作用和状态变得可访问，从而可以通过实验深入了解传统计算机难以处理的复杂量子动力学。已经提出了几个平台，并进行了原理验证实验。在这里，我们描述了由射频场捕获的三个离子的二维阵列，这些离子在单独控制的谐波阱中形成边长为40和80微米的等边三角形。在我们的方法，这是可扩展到任意的二维晶格，我们展示了单独控制的电子和运动的自由度，准备一个基准的初始状态与离子运动接近的基态，以及调整实验序列内的离子之间的关键耦合。我们的工作为任意设计的二维系统的模拟量子模拟器铺平了道路。
2015-12-14 physics.atom-ph quant-ph
Harnessing CUDA-Q's MPS for Tensor Network Simulations of Large-Scale Quantum Circuits
本研究在 Nvidia Grace Hopper 系统上评估了 CUDA-Q 的矩阵乘积态（MPS）张量网络模拟器，验证了其正确性并与态矢量实现进行性能对比，发现该方法能有效模拟大规模量子线路，但当前 GPU 加速计算在 MPS 模拟中仍存在利用率不足的问题。
2025-01-27 cs.DC quant-ph
Parallelizing quantum simulation with decision diagrams
本文针对量子模拟中决策图方法缺乏并行化策略的问题，提出多种并行化决策图运算的最优策略，并在 Grover 算法和随机电路上实现比单线程 DDSIM 快 2-3 倍的模拟性能。
2023-12-04 cs.DC quant-ph
Analog simulator of integro-differential equations with classical memristors
模拟计算机利用系统的连续变量，如其电气、机械或液压特性，来解决给定的问题。虽然这些设备通常在计算上比数字设备更强大，但它们受到模拟噪声的影响，无法进行错误控制。我们将重点介绍基于有源电网络的模拟计算机，该网络由电阻器、电容器和运算放大器组成，能够模拟任何线性常微分方程。然而，他们可以解决的非线性动力学的类别是有限的。在这项工作中，通过将忆阻器添加到电网络中，我们表明模拟计算机可以通过仔细选择忆阻器状态变量的电导和动态来模拟各种线性和非线性积分微分方程。据我们所知，这是第一次提出基于忆阻器的电路进行模拟。我们通过模拟与流体动力学相关的积分-微分模型、人口增长的非线性Volterra方程和描述非马尔可夫记忆效应的量子模型等来研究这些模拟计算机的性能。最后，我们进行稳定性测试，考虑不完美的模拟组件，获得强大的解决方案，高达$13\%$相关的时间尺度的相对误差。
2019-09-27 cs.ET cs.NE quant-ph
Electric Field Gradient Calculations for Ice VIII and IX using Polarizable Embedding: A Comparative Study on Classical Computers and Quantum Simulators
本文比较了PE-VQE-SCF与CASSCF在冰VIII和冰IX电场梯度计算中的表现，证明包含环境对匹配实验数据至关重要，并分析了环境对量子电路复杂度的影响。
2024-04-22 physics.chem-ph quant-ph
Quantum Simulators: Architectures and Opportunities
量子模拟器是从专门的量子实验到通用量子计算机的量子器件领域中一项很有前途的技术。这些量子设备利用纠缠和多粒子行为来探索和解决困难的科学，工程和计算问题。过去二十年的快速发展已经产生了300多个量子模拟器，这些模拟器使用各种各样的实验平台在全球范围内运行。几种物理架构的最新进展预示着量子模拟器的黄金时代，从高度优化的专用模拟器到灵活的可编程设备。这些发展使基础物理学、计算机科学和设备工程的思想得以融合。它们具有解决社会重要性问题的强大潜力，从了解重要的化学过程，到设计具有增强性能的新材料，再到解决复杂的计算问题。正如NSF“可编程量子模拟器”研讨会的参与者所代表的那样，社区的立场是，投资国家量子模拟器计划是一个高度优先事项，以加速这一领域的进展，并导致量子机器的首次实际应用。这样的计划应该解决两个重点领域：（1）支持创建可供更广泛的科学界使用的量子模拟器原型，以补充目前工业中的通用量子计算机工作;（2）支持由多研究者，多学科合作与量子模拟器软件，硬件和教育资源的混合进行的基础研究。
2019-12-20 cond-mat.quant-gas cond-mat.str-el physics.comp-ph
