Clifford 门量子电路的快速等价性检验

检验两个量子电路是否等价，对于使用真实设备设计和优化量子计算机应用十分重要。我们考虑由 Clifford 门构成的量子电路，这是所有量子操作中的一个具有实际相关性的子集，其规模足以展现纠缠等量子特性，并构成了例如量子纠错与众多量子网络应用的基础。我们提出了一种基于一个民间数学结论的确定性算法，并证明其能够优于先前考虑的最先进方法。具体而言，给定两个作为单量子比特与双量子比特 Clifford 门序列的 Clifford 电路，该算法在量子比特数 $n$ 与基本 Clifford 门数 $m$ 下以 $O(n \cdot m)$ 时间检验其等价性。使用高性能 Stim 模拟器作为后端，我们的实现在 $\sim$22 秒内检验了 1000 个量子比特（电路深度 10,000 门）的量子电路等价性，并在 $\sim$15 分钟内检验了 100,000 个量子比特（深度 10）的电路，比现有的基于 SAT 与基于路径积分的方法快数个数量级。该方法表明，与应用相关的量子操作子集的正确性可在实践中直至大型电路均得以验证。