es.wedoany.com Noticia: Investigadores de IBM Quantum han lanzado la biblioteca de código abierto ffsim, diseñada específicamente para la simulación clásica eficiente de circuitos cuánticos fermiónicos, con el objetivo de proporcionar herramientas más rápidas de verificación y evaluación comparativa para la comunidad de información cuántica.
A diferencia de los simuladores de circuitos cuánticos de propósito general que dependen del almacenamiento de vectores de estado completos, ffsim aprovecha las simetrías del número total de partículas y la componente z del espín (Sz), que se conservan estrictamente en los sistemas físicos, comprimiendo drásticamente el espacio computacional. Mientras que un simulador general requiere mantener un vector complejo de dimensión 2n para un circuito de n qubits, ffsim, para 2N orbitales de espín, solo rastrea estados con un número fijo de electrones con espín hacia arriba (Nα) y electrones con espín hacia abajo (Nβ), reduciendo significativamente el factor numérico previo.
Este impacto de ingeniería se refleja en las pruebas de referencia del modelo Hubbard bidimensional en una configuración de red 4×8. En este modelo, el mapeo estándar de fermiones a qubits se convierte en un circuito de 64 qubits. Un simulador de vectores de estado general requiere aproximadamente 256 exabytes (EiB) de memoria para ejecutar este modelo, mientras que ffsim, con un llenado de 1/8, comprime el vector de estado activo a 19,3 gigabytes (GiB), permitiendo a los investigadores realizar simulaciones precisas en una sola estación de trabajo clásica de escritorio.
La biblioteca se basa en un paradigma de programación funcional, utiliza matrices NumPy para almacenar y evolucionar funciones de onda fermiónicas, integra un backend optimizado, admite conjuntos de puertas que conservan el número de partículas e incluye interfaces nativas con los ecosistemas Qiskit y PySCF. A través de la capa de compilación de Qiskit, ffsim también puede servir como backend de simulación para cualquier circuito cuántico arbitrario compuesto por puertas que conservan el peso de Hamming.
El equipo de desarrollo realizó pruebas de rendimiento comparativas de ffsim con el simulador cuántico fermiónico (FQE) y Qiskit Aer. En un MacBook M1 de un solo núcleo, las pruebas de evolución temporal de Trotterización del hamiltoniano molecular en representación de doble factorización mostraron que la velocidad de simulación de ffsim es 11 veces más rápida que la de FQE, la evolución del hamiltoniano cuadrático se acelera 2,4 veces y la acción del operador del hamiltoniano molecular se acelera 8,4 veces. Cuando la escala del sistema se amplió a 16 orbitales (32 qubits), Qiskit Aer no pudo manejarlo debido a limitaciones de memoria clásica, mientras que ffsim aún pudo ejecutarse. El preprint técnico detallado se ha publicado en arXiv, y el código y los tutoriales relacionados están disponibles en el repositorio de GitHub de Qiskit Community. El blog de IBM Quantum también ha publicado una descripción general de la integración de esta biblioteca.
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