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PADO-Pauli: un’implementazione della propagazione di Pauli accelerata da GPU

Gli algoritmi quantistici variazionali utilizzano circuiti parametrizzati molte volte durante l’addestramento, con nuovi valori dei parametri, su batch di dati e con i gradienti. La propagazione di Pa

PADO-Pauli: un’implementazione della propagazione di Pauli accelerata da GPU
arXiv
2610.17755
Pubblicato
2026-10-13
Autori
Hyunwoo Kim, Youngseok Lee

Abstract degli autori

Gli algoritmi quantistici variazionali utilizzano circuiti parametrizzati molte volte durante l’addestramento, con nuovi valori dei parametri, su batch di dati e con i gradienti. La propagazione di Pauli approssima classicamente i valori di aspettazione di questi circuiti facendo evolvere l’osservabile nel quadro di Heisenberg come somma troncata di stringhe di Pauli. Presentiamo PADO-Pauli, un motore GPU per la propagazione di Pauli che compila una sola volta un circuito e i suoi osservabili in matrici sparse, nelle quali ciascun angolo di rotazione contribuisce soltanto con un fattore coseno e uno seno, così che ogni valutazione successiva riutilizzi il programma compilato. Valuta batch di parametri e di dati in ingresso codificati come angoli di rotazione. Per impostazione predefinita, i gradienti sono calcolati tramite un prodotto vettore-Jacobiano registrato nel sistema di differenziazione automatica di PyTorch, così da propagarsi attraverso gli angoli fino a qualsiasi layer classico che li genera. PADO-Pauli offre anche il troncamento in base al peso di Pauli e alla dimensione dei coefficienti, oltre ai canali di rumore. Il filtraggio degli zeri elimina i termini che non contribuiscono al valore di aspettazione nello stato di riferimento tutto zero e rende il passaggio forward in batch circa 1,5 volte più veloce. Rispetto a cuPauliProp su un NVIDIA A100, PADO-Pauli valuta fino a 10 volte più velocemente per circuiti con un numero di qubit compreso tra 4 e 12 e utilizza fino a 3,1 volte meno memoria con 16 qubit. Verifichiamo la sua accuratezza rispetto alla simulazione esatta con vettore di stato fino a 28 qubit. Queste caratteristiche rendono PADO-Pauli un toolkit pratico per addestrare algoritmi quantistici variazionali, compresi i modelli di machine learning quantistico.

Il riassunto di questo paper è disponibile solo in inglese: leggilo nella pagina inglese.

Leggi il paper originale su arXiv