通过局部纠缠最优解缠实现噪声量子电路的经典模拟

经典模拟含噪量子电路对于理解现实世界量子系统的行为以及识别量子优势预期出现的机制至关重要。该工作提出了一种基于张量网络的高度并行化经典算法(配备严格精度保证),用于模拟具有任意单量子比特噪声的n量子比特电路。该算法通过特定矩阵乘积态系综表示含噪量子系统的状态,并从中进行随机采样。作用于纯态的单量子比特噪声过程被表述为:在噪声量子比特与系统其余部分之间实现最小平均纠缠度(形成纠缠度)的系综态集合。这种方法使研究人员能在给定精度要求和噪声水平下,使用更紧凑的量子态表示。对于给定的最大键维数χ和电路,该算法具备模拟误差上界保证,其时间复杂度为多项式量级poly(n,χ),并在以下方面改进了先前研究:(1) 适用范围:从三种常见噪声模型扩展至任意单量子比特噪声;(2) 性能表现:采用状态依赖的局部纠缠最优解构方法;(3) 理论贡献:证明当作用于最大纠缠态的去极化与退相位噪声等特殊情况下,现有工作采用的固定解构方式等价于本方案选择的解构方法。

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