Orkan:厄米算子量子运算的缓存友好型模拟
量子操作的经典模拟对于算法设计、噪声表征和量子硬件基准测试至关重要。最普遍的物理可实现操作可描述为作用于厄米算符的正线性映射,该算符既可表示密度矩阵也可表示可观测量。现有模拟器通常在n量子比特希尔伯特空间中对密度矩阵进行矢量化处理,复用态矢量计算内核,存储全部22n个元素而舍弃了厄米对称性的优势。本研究推出名为Orkan的模拟库,其采用分块内存布局技术,仅以分块粒度存储厄米矩阵的下三角部分,使得内存占用量和模拟量子态在一般量子操作下演化的实际耗时均减少约50%。该实现方案对所有厄米算符采用统一处理方式,不依赖于薛定谔绘景或海森堡绘景的选择。专用k局域共轭算法通过单次遍历即可更新厄米矩阵全部元素。与Qiskit Aer、QuEST及Qulacs的基准对比显示,实际运行速度获得2-4倍的稳定提升,部分归因于内存占用的降低。

