Aicir：支持AscendNPU的全栈量子电路模拟器

量子计算是研究经典方法难以处理的问题的有前途的途径，但当前的量子硬件在规模、噪声和保真度方面仍面临限制。在物理机器上运行量子算法也可能成本高昂。因此，量子电路模拟器仍然很重要，因为它们允许研究人员在使用量子硬件之前在经典计算机上设计和测试算法。大多数高性能模拟器提供GPU后端，而很少有提供NPU原生支持的。这一差距限制了可用于量子算法研究的计算平台。我们开发了Aicir，以提供具有华为Ascend NPU原生后端的全栈量子电路模拟器。Aicir通过一个编程模型连接电路构建、多种态表示、测量、微分、变分算法、量子机器学习和量子架构搜索。它还支持噪声模拟、张量网络和矩阵乘积态引擎，以及分布式态模拟。在NPU上，成对实数张量、固定秩门视图和硬件特定公式使测试的模拟路径保持在设备上。相同的表示允许Aicir将态分布在$2^{p}$个NPU上，同时保留反向模式微分。我们在禁用CPU回退的情况下验证了原生执行，并检查了2、4和8个NPU上的分布式通信和梯度。对于测试的融合分层电路，Aicir的CPU运行时间在Qiskit Aer的$0.97$–$1.28\times$和Cirq的$0.76$–$1.10\times$之内。这些结果将其CPU执行置于与已建立模拟器相同的工作负载范围内，而NPU测试确立了正确的原生执行，而不是CPU到NPU的加速。