Simulazione di circuiti quantistici mediante elaborazione ottica di tensori di ordine elevato

Abstract degli autori

La simulazione classica è essenziale per sviluppare e testare i circuiti quantistici, ma la crescita esponenziale dello spazio di Hilbert mette alla prova i processori digitali convenzionali. Presentiamo un’architettura ottica classica per la simulazione quantistica che tratta i gate e i batch di stati di input come dimensioni tensoriali indipendenti, anziché come istanze di simulazione separate, e mappa sullo stesso processore le contrazioni di reti tensoriali idonee. Utilizzando codifica e lettura multidimensionali progettate congiuntamente, attraverso i gradi di libertà spaziali e di lunghezza d’onda, realizziamo sperimentalmente una moltiplicazione tensore-matrice di ordine elevato in una singola propagazione ed elaboriamo tutti gli input della base computazionale per ciascun gate a 4 qubit. Utilizzando un modello fisico di propagazione ottica, valutiamo inoltre numericamente l’architettura per l’algoritmo di Deutsch e per la rete tensoriale di tutte le 128 istanze bersaglio di un algoritmo di Grover a 7 qubit. Questi risultati definiscono un quadro unificato per la simulazione in batch di gate e stati e per la simulazione di reti tensoriali, offrendo una via per sfruttare la capacità di elaborazione simultanea dell’ottica nelle attività di simulazione quantistica.