比较高性能计算系统上的变分量子算法模拟性能

变分量子算法在当前噪声中等规模量子(NISQ)设备上的适用性,使其成为量子计算应用研究中特别重要的方向。这些算法的主要构建模块(包括哈密顿量定义、拟设选择、优化器等)形成了较大的参数空间,导致不同方法与软件模拟器间的结果与性能比较变得繁琐且易出错。本文采用哈密顿量与拟设的通用描述方法,实现了问题定义在不同模拟器间的一致性移植。研究团队选择了三个当前量子硬件典型用例(氢分子基态计算、最大割问题、旅行商问题),在一系列高性能计算系统和软件模拟器上运行,分别考察了运行时环境对性能的影响、模拟代码的可扩展性以及物理结果的相互一致性。结果表明,该工具链能成功实现不同模拟器间问题定义的转换。然而,变分算法的扩展性受限于长运行时间与内存占用的比例关系,暴露出计算并行度的局限性。通过采用作业阵列等技术可部分缓解此缺陷。这项研究凸显了解析工具在探索高性能计算潜力及比较变分算法模拟结果方面的重要价值。

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