研究者が70量子ビットの実験を37.3分でシミュレート

シンガポール工科デザイン大学の Hidetaka Manabe 氏と共同研究者らは、決定論的テンソルネットワーク手法を用いて、IBM の 70-qubit ドープされたクリフォード・ランダム回路サンプリング実験を初めて古典的にシミュレートしました。これまで、このような複雑な量子回路のシミュレーションには膨大な計算資源が必要でしたが、研究チームは 32 ノードを使用して、2051 の amplitude batches すべてを 37.3 分で完了しました。最大の中間テンソルは 235 個の complex64 エントリしか必要とせず、これは IBM の当初の推定よりも数倍小さい値でした。

複雑な量子計算のためのより効率的な古典シミュレーション手法が達成され、IBM の 70-qubit 実験のモデル化に成功しました。この手法は、以前考えられていたよりも大幅に少ない計算資源で済み、32 の処理ノードを使用して 1 時間以内にシミュレーションを完了しました。この進歩は、量子コンピュータの出力を検証するための重要なツールを提供し、その複雑さを定量的に評価する手段を提供することで、将来の量子実験の設計を可能にします。

研究チームは、新しい古典的なアプローチで IBM の 70-qubit 実験をモデル化することに成功し、複雑な量子計算のシミュレーションにおける前進を遂げました。彼らはテンソルネットワーク手法を採用しました。これは、量子計算を相互接続されたノードのネットワークとして表現するフローチャートとして可視化でき、データと計算のより効率的な組織化を可能にします。この研究は、実際の量子コンピュータの出力を検証し、将来の実験を設計するための貴重なツールセットを提供します。

効率的なテンソルネットワーク・シミュレーションが 70-qubit 量子回路のフィデリティ推定値を検証

最大の中間テンソルは 235 個の complex64 エントリしか必要とせず、これは IBM の当初の推定と比較して 256 分の 1 に削減されており、ノードあたり 8 基の GPU に分散されました。このテンソルサイズの縮小により、NVIDIA H100 GPUs を搭載した 32 ノードを使用して、IBM の 70-qubit 実験の完全なシミュレーションを 37.3 分で実行できるようになりました。以前は、必要とされるメモリが指数関数的に増大するため、このようなシミュレーションは計算上不可能でした。決定論的な時間境界（temporal-boundary）テンソルネットワーク手法は、開境界回路を効率的に処理し、閉鎖系を必要とする手法の制限を回避して、計算の合理化を可能にします。

0.35034 の log-XEB 推定値（95 パーセント区間で 2.29763 から 0.40305）は、IBM が 70-qubit 実験で個別に報告したフィデリティの下限値と数値的に一致していることを示しています。さらに、このアプローチは、閉鎖系に限定される一部の手法とは異なり、開境界の一次元回路を正確にモデル化し、エンタングル・ゲートのボンド次元や回路の深さなどの要因が計算コストにどのように影響するかを分析することを可能にします。しかし、大幅に複雑な接続性や不均一なゲート配置を持つ回路へのスケーラビリティは、古典シミュレーションにとって引き続き課題となっています。