Early but promising results in quantum computing have been enabled by the concurrent development of quantum algorithms, devices, and materials. Classical simulation of quantum programs has enabled the design and analysis of algorithms and implementation strategies targeting current and anticipated quantum device architectures. In this paper, we present a graph-based approach to achieve efficient quantum circuit simulation. Our approach involves partitioning the graph representation of a given quantum circuit into acyclic sub-graphs/circuits that exhibit better data locality. Simulation of each sub-circuit is organized hierarchically, with the iterative construction and simulation of smaller state vectors, improving overall performance. Also, this partitioning reduces the number of passes through data, improving the total computation time. We present three partitioning strategies and observe that acyclic graph partitioning typically results in the best time-to-solution. In contrast, other strategies reduce the partitioning time at the expense of potentially increased simulation times. Experimental evaluation demonstrates the effectiveness of our approach.


翻译:通过同时开发量子算法、装置和材料,在量子计算方面取得了早期但有希望的结果。典型的量子程序模拟使得能够针对当前和预期的量子设备结构设计和分析算法和执行战略。在本文件中,我们提出了一个基于图表的方法,以实现高效量子电路模拟。我们的方法是将特定量子电路的图示分解成具有更好的数据位置的循环子图/电路。每个子电路的模拟按等级排列,对较小的状态矢量进行迭代构造和模拟,提高总体性能。此外,这种分解还减少了数据通过次数,改进了总计算时间。我们提出了三种分解策略,并观察到循环图分割通常会在最佳时间到溶液中产生结果。相反,其他策略则以可能增加的模拟时间为代价减少分配时间。实验性评估显示了我们的方法的有效性。

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