Perambatan Pauli

Pakej pauli-prop menyediakan antara muka Python dipercepat Rust untuk melakukan perambatan Pauli.

Perambatan Pauli ialah rangka kerja untuk menganggarkan evolusi pengendali dalam asas Pauli di bawah tindakan pengendali lain, seperti gate litar kuantum dan saluran hingar. Pendekatan ini boleh berkesan apabila pengendali yang terlibat dijangka kekal jarang dalam asas Pauli.

Subrutin dalam pakej ini boleh digunakan untuk melaksanakan teknik pengurangan ralat seperti lightcone shading [6] dan propagated noise absorption [7], operator backpropagation [8] untuk pengurangan kedalaman litar, dan simulasi klasik nilai jangkaan [1-5].

Bermula

Panduan ringkas untuk membantu anda bermula dengan pantas menggunakan pakej ini tersedia dalam panduan mula pantas.

Contoh kes penggunaan

Perambatan Pauli boleh digunakan sebagai enjin peringkat lebih rendah untuk melaksanakan pelbagai teknik. Beberapa contoh di mana ia telah digunakan ialah:

• Lightcone shading untuk mengurangkan overhed pensampelan pembatalan ralat kebarangkalian (PEC) bagi mengurangkan ralat nilai jangkaan dalam model Ising medan melintang 1D dan 2D [6] [qiskit-addon-slc dokumen]

• Menyerap maklumat model hingar ke dalam observable sasaran untuk mengurangkan ralat nilai jangkaan dalam model Ising medan melintang 2D [7] [qiskit-addon-pna dokumen]

• Memangkas gate hujung untuk menghasilkan litar Trotter berkedalaman lebih rendah bagi evolusi masa model spin 2D [8] [qiskit-addon-obp dokumen]

Perbincangan teknikal

Butiran perisian

• Antara muka Python dipercepat Rust

• Sokongan untuk simulasi berhingar [panduan]

• Keupayaan untuk memangkas sebutan semasa evolusi berdasarkan toleransi pekali mutlak, bilangan sebutan tetap dalam pengendali yang berevolusi, atau gabungan kedua-duanya

• Keupayaan untuk melakukan perambatan Pauli dalam kedua-dua rangka kerja Schrödinger dan Heisenberg

• Teknik baharu untuk menganggarkan konjugasi pengendali hasil tambah Pauli oleh pengendali Pauli yang lain. Pelaksanaan heuristik ini secara tamak menjana sumbangan kepada hasil darab yang dijangka paling ketara. Lihat Appendix B [7] untuk maklumat lanjut.

• Satu-bebenang

Keperluan pengiraan

Kos memori dan masa bagi rutin perambatan Pauli secara amnya meningkat mengikut saiz yang dibenarkan untuk pengendali yang berevolusi berkembang.

propagate_through_rotation_gates(): Apabila pengendali Pauli dirambatkan dalam asas Pauli di bawah tindakan jujukan $N$ gate putaran Pauli bagi litar $M$-qubit, bilangan sebutan akan bertambah sebagai $\mathcal{O}(2^N)$ menuju maksimum $4^M$ komponen Pauli yang unik. Untuk mengawal penggunaan memori, pengendali dipangkas selepas setiap gate dikenakan, yang memperkenalkan sedikit ralat berkadar dengan magnitud pekali sebutan yang dipangkas. Keperluan memori adalah linear terhadap saiz pengendali yang berevolusi, dan masa jalan meningkat secara linear dengan saiz pengendali dan bilangan gate.

propagate_through_operator(): Mengkonjugasikan satu pengendali dalam asas Pauli dengan pengendali lain dengan mengumpul sebutan secara tamak dalam hasil tambah, $\sum_{i,j,k}G^{\dagger}_iO_jG_k$, dengan $i,j,k$ ialah indeks jarang atas asas Pauli. Pelaksanaan ini menyusun pekali dalam setiap pengendali mengikut magnitud menurun kemudian mencari ruang indeks 3D untuk sebutan dengan pekali terbesar, bermula dengan asalan $(0,0,0)$, dan mengumpul triplet $(i,j,k)$ sehingga had yang ditentukan. Masa yang dihabiskan untuk mencari selalunya boleh dijadikan boleh diabaikan dengan meningkatkan saiz langkah carian dalam ruang $(i,j,k)$, yang memberikan pecutan kubik untuk subrutin ini. Dalam pemprofilan kami, masa yang ketara boleh dihabiskan untuk menyusun pengendali dan melakukan pendaraban Pauli bagi menjana sebutan dalam pengendali baharu.

Menyumbang

Kod sumber tersedia di GitHub.

Panduan pembangun terletak di CONTRIBUTING.md dalam akar repositori projek ini. Dengan mengambil bahagian, anda dijangka menegakkan kod tingkah laku Qiskit.

Kami menggunakan isu GitHub untuk menjejak permintaan dan pepijat.

Memetik pakej ini

Jika anda menggunakan pakej ini dalam penyelidikan anda, gunakan fail CITATION.bib dalam repositori projek ini untuk memetik rujukan yang sesuai.

Lesen

Apache License 2.0

Dasar Penghentian Penggunaan

Kami mengikuti pengversian semantik. Kami mungkin sesekali membuat perubahan yang memecahkan demi meningkatkan pengalaman pengguna. Apabila boleh, kami akan mengekalkan antara muka lama dan menandakannya sebagai ditamatkan penggunaan, selagi ia boleh wujud bersama yang baharu. Setiap penambahbaikan besar, perubahan yang memecahkan, atau penghentian penggunaan akan didokumenkan dalam nota keluaran.

Rujukan

1. [Tomislav Begušić, Johnnie Gray, Garnet Kin-Lic Chan, Fast and converged classical simulations of evidence for the utility of quantum computing before fault tolerance, arXiv:2308.05077 [quant-ph].

2. Nicolas Loizeau, et al., Quantum many-body simulations with PauliStrings.jl, arXiv:2410.09654 [quant-ph].

3. Manuel S. Rudolph, et al., Pauli Propagation: A Computational Framework for Simulating Quantum Systems, arXiv:2505.21606 [quant-ph].

4. Hrant Gharibyan, et al., A Practical Guide to using Pauli Path Simulators for Utility-Scale Quantum Experiments, arXiv:2507.10771 [quant-ph].

5. Lukas Broers, et al., Scalable Simulation of Quantum Many-Body Dynamics with Or-Represented Quantum Algebra, arXiv:2506.13241 [quant-ph].

6. Andrew Eddins, Minh C. Tran, Patrick Rall, Lightcone shading for classically accelerated quantum error mitigation, arXiv:2409.04401 [quant-ph].

7. Andrew Eddins, et al., Computing noise-canceling observables via Pauli propagation, arXiv:2606.20441 [quant-ph].

8 Bryce Fuller, et al., Improved Quantum Computation using Operator Backpropagation, arXiv:2502.01897 [quant-ph].