simulation - 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可以揭开谜团。

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实现它并不难。问题在于，计算和内存的复杂性与您想要模拟的量子比特数呈指数关系。

基本上，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。

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它们确实存在。这是一个基于浏览器的。这是用 C++ 编写的。这是用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那个数的平方。它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。

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我的回答是肯定的：

您可以通过模拟量子机算法来模拟量子机的行为

D-Wave 量子机使用一种称为quantum annealing. 该算法可以与simulated annealing算法进行比较。

参考：

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正如维基百科所说：

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

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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。

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有一个非常大的语言、框架和模拟器列表。一些在低级别模拟量子方程，其他的只是门。

很高兴知道您对它们的功能和易用性的看法。

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Quipper是用于量子计算的全面模拟 EDSL，在 Haskell 中实施

于 2014-08-16T14:33:24.447 回答

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量子计算的经典模拟难以进行的另一个原因是：您需要几乎完美的——即尽可能完美的——随机数发生器来模拟测量。

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量子计算的经典模拟很难进行的另一个原因：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。这必须以经典方式计算，但已知是 NP-hard。

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