研究人员在 37.3 分钟内完成 70 量子比特实验模拟

新加坡科技设计大学的 Hidetaka Manabe 及其同事首次利用确定性张量网络方法，在经典计算机上模拟了 IBM 的 70-qubit 掺杂 Clifford 随机电路采样实验。此前，模拟如此复杂的量子电路需要大量的计算资源，但该团队使用 32 个节点在 37.3 分钟内完成了所有 2051 个振幅批次 (amplitude batches)。最大的中间张量仅需要 235 个 complex64 条目，比 IBM 最初的估算小了若干倍。

一种针对复杂量子计算的更高效经典模拟技术已经实现，成功模拟了 IBM 的 70-qubit 实验。该方法所需的计算资源远少于之前的预期，使用 32 个处理节点在不到一小时的时间内完成了模拟。这一进展为量子计算机的输出提供了一个关键的验证工具，并通过提供定量评估其复杂性的手段，使未来量子实验的设计成为可能。

该团队通过一种新的经典方法成功模拟了 IBM 的 70-qubit 实验，在模拟复杂量子计算方面取得了进展。他们采用了张量网络技术，这种技术可以被可视化为一个流程图，将量子计算表示为互连节点的网络，从而实现更高效的数据和计算组织。这项工作为验证实际量子计算机的输出和设计未来实验提供了一套宝贵的工具。

高效张量网络模拟验证了 70-qubit 量子电路的保真度估算

最大的中间张量仅需要 235 个 complex64 条目，与 IBM 最初的估算相比减少了 256 倍，并分布在每个节点的八个 GPU 上。张量尺寸的减小使得在配备 NVIDIA H100 GPUs 的 32 个节点上，仅用 37.3 分钟就完成了 IBM 70-qubit 实验的完整模拟。此前，由于所需内存呈指数级增长，这种模拟在计算上是令人望而却步的。确定性时间边界张量网络方法有效地处理了开边界电路，规避了需要封闭系统的局限性，并实现了精简的计算。

log-XEB 估值为 0.35034，95% 置信区间为 2.29763 到 0.40305，这在数值上与 IBM 独立报告的其 70-qubit 实验的保真度下限相符。此外，与某些局限于封闭系统的技术不同，该方法能准确模拟开边界一维电路，并允许分析诸如纠缠门键维数和电路深度等因素如何影响计算成本。然而，对于具有更复杂连通性或非均匀门排列的电路，其扩展性仍然是经典模拟面临的持续挑战。

通过大规模电路仿真验证量子计算

70-qubit 量子电路的经典模拟为验证实际量子硬件的结果以及设计更有效的实验提供了一种强大的新方法。该技术依赖于特定类型的量子电路，即具有有限连通性和特定纠缠门结构的电路，将其扩展到具有更复杂排列的电路仍面临重大障碍。尽管在电路复杂性方面存在这些局限，但这一经典模拟的展示仍然令人瞩目，为量子计算提供了一种独立的验证方法。

验证量子结果至关重要，因为在构建和操作这些微妙的系统时可能会发生错误，而这项技术为改进实验设计和评估量子处理器的可靠性提供了一条途径。NVIDIA 的研究人员展示了使用 32 个节点（每个节点配备 8 个 GPU）对复杂的 70-qubit 量子电路进行的经典模拟，仅用三十七分钟多一点的时间就完成了任务。