Méthodes de simulation classique d'architectures quantiques bruitées en réseau.

Résumé Alors que la recherche sur la construction d'ordinateurs quantiques évolutifs progresse, il est important de pouvoir certifier leur exactitude. En raison de la difficulté exponentielle de la simulation classique du calcul quantique, la vérification directe par ce moyen échoue. Cependant, nous pouvons simuler classiquement des calculs quantiques à petite échelle et, par conséquent, nous sommes en mesure de vérifier que les dispositifs se comportent comme prévu dans ce domaine. Cela constitue la première étape vers l'obtention de la confiance dans l'avantage quantique anticipé lorsque nous passons à des échelles qui ne peuvent plus être simulées. Les dispositifs réels ont des restrictions dues à leur architecture et des limitations dues aux imperfections physiques et au bruit. Dans cet article, nous étendons les simulations idéales habituelles en tenant compte de ces effets. Nous fournissons une méthodologie et un cadre général pour construire des simulations qui émulent le système physique. Ces simulations devraient fournir une référence pour les dispositifs réalistes et guider la recherche expérimentale dans la quête de l'avantage quantique. Pour illustrer notre méthodologie, nous donnons des exemples qui impliquent des architectures en réseau et le modèle de bruit du dispositif développé par le Networked Quantum Information Technologies Hub (NQIT). Pour nos simulations, nous utilisons, avec des modifications appropriées, le simulateur classique de Bravyi et Gosset, tandis que les problèmes spécifiques considérés appartiennent à la classe des temps polynomiaux quantiques instantanés. Cette classe est considérée comme difficile pour les dispositifs de calcul classiques, et est considérée comme un candidat prometteur pour la première démonstration de l'avantage quantique. Nous considérons d'abord une sous-classe de IQP, définie par Bermejo-Vega et al, impliquant des simulateurs quantiques dynamiques bidimensionnels, puis des instances générales de IQP, restreintes à l'architecture de NQIT.