对称性加速的经典模拟克里福德主导电路

量子电路的经典模拟在验证量子硬件性能和界定量子优势边界方面具有关键作用。基于稳定子外延(stabilizer extent)的模拟技术最为高效,该方法通过将非克利福德操作表示为克利福德酉算子的线性组合来量化计算开销。然而,寻找最优分解方案因涉及超指数级优化问题而迅速变得难以处理。该工作通过发掘稳定子外延计算中的对称性,证明对于实数、对角及实对角酉算子,优化过程可无损地限制在克利福德群的对应子群内进行。这种“强对称性约简”使计算成本大幅降低,仅需普通笔记本电脑即可实现七量子比特酉算子的最优分解——远超此前两量子比特的限制。此外,研究人员采用“弱对称性约简”方法,利用额外不变性进一步压缩搜索空间。应用这些成果,该团队在量子傅里叶变换电路和Union Jack晶格上测量基量子计算的经典模拟中实现了指数级加速,并对多控相位门及生成超图态酉算子的非稳定子特性获得新认知。这些发现确立了对称性开发作为扩展经典模拟技术的重要途径,同时深化了对量子优势资源理论的认知。

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提交arXiv: 2025-10-21 18:01

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