연구진, 70큐비트 실험 37.3분 만에 시뮬레이션 성공

Singapore University of Technology and Design의 Hidetaka Manabe와 동료들은 결정론적 텐서 네트워크 접근 방식을 사용하여 IBM의 70-qubit 도핑된 Clifford 무작위 회로 샘플링 실험을 처음으로 고전적으로 시뮬레이션했습니다. 이전에는 이러한 복잡한 양자 회로를 시뮬레이션하려면 상당한 컴퓨팅 자원이 필요했지만, 연구팀은 32 노드를 사용하여 37.3분 만에 모든 2051 진폭 배치를 완료했습니다. 가장 큰 중간 텐서는 235 complex64 엔트리만 필요했는데, 이는 IBM의 초기 추정치보다 더 작은 수치입니다.

복잡한 양자 계산을 위한 보다 효율적인 고전적 시뮬레이션 기술이 달성되어 IBM의 70-qubit 실험을 성공적으로 모델링했습니다. 이 방법은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 적은 컴퓨팅 자원을 필요로 했으며, 32 처리 노드를 사용하여 한 시간 이내에 시뮬레이션을 완료했습니다. 이 진보는 양자 컴퓨터 출력에 대한 핵심 검증 도구를 제공하며, 복잡성을 정량적으로 평가할 수 있는 수단을 제공함으로써 미래 양자 실험의 설계를 가능하게 합니다.

연구팀은 새로운 고전적 접근 방식으로 IBM의 70-qubit 실험을 성공적으로 모델링함으로써 복잡한 양자 계산 시뮬레이션에서 진전을 이루었습니다. 그들은 양자 계산을 상호 연결된 노드의 네트워크인 순서도로 시각화할 수 있는 텐서 네트워크 기술을 채택하여 데이터와 계산의 효율적인 구성을 가능하게 했습니다. 이 작업은 실제 양자 컴퓨터의 출력을 검증하고 미래 실험을 설계하는 데 유용한 도구 세트를 제공합니다.

효율적인 텐서 네트워크 시뮬레이션으로 70-qubit 양자 회로 충실도 추정치 검증

가장 큰 중간 텐서는 235 complex64 엔트리만 필요했는데, 이는 IBM의 초기 추정치에 비해 256배 감소한 것이며 노드당 8개의 GPU에 분산되었습니다. 이러한 텐서 크기의 감소로 NVIDIA H100 GPUs를 탑재한 32 노드를 사용하여 37.3분 만에 IBM의 70-qubit 실험 전체 시뮬레이션이 가능해졌습니다. 이전에는 필요한 메모리의 기하급수적인 증가로 인해 이러한 시뮬레이션이 계산적으로 불가능했습니다. 결정론적 시간 경계 텐서 네트워크 접근 방식은 개방 경계 회로를 효율적으로 처리하여, 폐쇄 시스템을 필요로 하는 방법의 한계를 우회하고 계산을 간소화합니다.

95퍼센트 구간이 2.29763에서 0.40305인 0.35034의 log-XEB 추정치는 IBM이 70-qubit 실험에 대해 독립적으로 보고한 충실도 하한값과 수치적 호환성을 보여줍니다. 또한, 이 접근 방식은 폐쇄 시스템에 국한된 일부 기술과 달리 개방 경계 1차원 회로를 정확하게 모델링하며, 얽힘 게이트 본드 차원 및 회로 깊이와 같은 요인이 계산 비용에 어떤 영향을 미치는지 분석할 수 있게 합니다. 그러나 훨씬 더 복잡한 연결성이나 균일하지 않은 게이트 배열을 가진 회로에 대한 확장성은 고전적 시뮬레이션의 지속적인 과제로 남아 있습니다.