量子计算机的软件模拟

Question

当我们在等待我们的量子计算机时，是否可以编写一个软件模拟？我怀疑答案是否定的，但希望为什么不这样做的原因能够揭开谜团。

Answer 1

有很多语言、框架和模拟器。 一些在低级别模拟量子方程，其他的只是门。

• Microsoft Quantum 开发工具包 (Q#)
• Microsoft LIQUi>IBM Quantum Experience
• Rigetti 森林
• 项目Q
• QuTiP
• OpenFermion
• Qbsolv
• ScaffCC
• 量子计算游乐场（谷歌）
• 雷神BBN
• 怪癖
• 森林

很高兴知道您对它们的功能和易用性的看法。

https://quantumcomputingreport.com/resources/tools/ https://github.com/topics/quantum-computing?o=desc&s=stars

Answer 2

它们确实存在。 Here's 基于浏览器的浏览器。 Here's 一个用 C++ 编写的。 Here's 一个用 Java 编写的。但是，正如 CodesInChaos 所述，量子计算机同时在所有概率幅度上运行。所以想象一个 3 qubit 的量子寄存器，它所处的典型状态如下所示：

a1|000> + a2|001> + a3|010> + a4|011> + a5|100> + a6|101> + a7|110>+ a8|111>

它是所有可能组合的叠加。更糟糕的是，这些概率幅度是复数。所以一个 n-qubit 寄存器需要 2^(2*n) 个实数。所以对于一个 32 量子位的寄存器，这是 2^(2*32) = 18446744073709551616 个实数。

正如 CodesInChaos 所说，用于转换这些状态的酉矩阵是该数的平方。他们的应用程序是一个点积……至少可以说，它们的计算成本很高。

Answer 3

作为Wikipedia 状态：

原则上，经典计算机可以（使用指数资源）模拟量子算法，因为量子计算不违反 Church-Turing 命题。

Answer 4

量子计算的经典模拟难以进行的另一个原因：您需要几乎完美（即尽可能完美）的随机数生成器来模拟测量。

Answer 5

量子计算的经典模拟难以进行的另一个原因：要跟踪，您可能想在 n 量子比特门 (n>1) 的每个动作之后知道传出的量子比特是否纠缠。这必须经典计算，但已知是 NP-hard。

请看这里：https://stackoverflow.com/a/23327816/363429

Answer 6

我的答案是肯定的：

你可以通过模拟量子机算法来模拟量子机的行为

D-Wave quantum machine 使用称为quantum annealing 的技术。这个算法可以和simulated annealing算法相比较。

参考资料：

1.Quantum annealing

2.Simulated annealing

3.Optimization by simulated annealing: Quantitative studies

Answer 7

Quipper 是用于量子计算的全面模拟 EDSL，在 Haskell 中实现 我有模拟 Deutsch、Deutsch–Jozsa、Simon's、Shor's 算法等几种 QC 算法的行为的经验，而且非常简单。

Answer 8

实现它并不难。问题是计算和内存复杂度与您要模拟的量子比特数呈指数关系。

基本上，一台量子计算机一次在所有可能的 n 位状态上运行。而那些增长像 2^n。

运算符的大小增长得更快，因为它是一个矩阵。所以它像 (2^n)^2 = 2^(2*n) = 4^n

所以我希望一台好的计算机能够模拟高达约 20 位的量子计算机，但它会相当慢。

Answer 9

几年前，我在 Perl 会议上参加了一次演讲，Damian Conway（我相信）当时正在推测其中的一些内容。过了一会儿，有一个 Perl 模块可以做这些事情。在 CPAN 中搜索 Quantum::Superpositions。