高效模拟高级量子门

量子电路模拟对于验证和优化量子算法至关重要,已有大量研究致力于开发高效模拟器。尽管电路通常包含高级门(如预言机和多控X门CkX),现有模拟方法仍需将电路编译为低级门集才能进行模拟,这会导致电路规模膨胀并产生显著(通常是指数级)的开销,即使高级门数量较少时也不例外。该研究团队提出了一种基于元件的模拟器,可直接模拟高级门,从而避免或减少编译带来的规模膨胀。该模拟器利用非稳定器门魔法态的稳定器分解方法,其性能随魔法态秩的提升而优化。研究人员进一步确定了一系列量子算法常用高级门的较小稳定器秩边界,通过将这些边界应用于模拟器,相比IBM Qiskit Aer库中的标准模拟器,该工作不仅改善了含此类门电路的模拟理论复杂度,还提升了实际运行效率。此外,基于常见复杂性理论假设,该团队推导出某些门稳定器秩的指数级下界,在某些情况下,这些下界在指数层面上是渐近紧致的。

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