从高斯模型到非高斯量子光子模拟器的实用领域
量子物理
2025-02-11 v1
摘要
量子光子模拟器已成为建模和优化量子光子电路的必不可少的工具，弥合了理论模型与实验实现之间的差距。本综述探讨了光子量子模拟的格局，专注于从高斯到非高斯模型之间的转变以及模拟大规模光子系统所面临的计算挑战。高斯态和运算通过协方差矩阵和相空间表示实现高效模拟，构成了光子量子计算的基础。然而，实现通用量子计算所必需的非高斯态引入了显著的计算复杂度，要求采用高级数值技术，如张量网络和高性能 GPU 加速。我们评估了领先的光子量子模拟器，包括 Strawberry Fields、Piquasso、QuTiP SimulaQron、Perceval 和 QuantumOPtics.jl，分析它们在处理连续变量（CV）和离散变量（DV）量子系统方面的能力。特别关注硬件加速方法，包括 GPU 基于张量网络的方法、机器学习集成和混合量子-经典工作流程。此外，我们调查了噪声建模技术，如光子损耗和暗计数，及其对模拟精度的影响。随着光子量子计算向实际实现迈进，发展在高性能计算（HPC）架构中的技术进步，如张量处理单元（TPU）和系统级片（SoC）解决方案，正在加速该领域的发展。本综述概述了新兴趋势、挑战以及为开发可扩展且高效的光子量子模拟器所需的未来方向。
引用
@article{arxiv.2502.05245,
title = {Gaussian Models to Non-Gaussian Realms of Quantum Photonic Simulators},
author = {Dennis Delali Kwesi Wayo and Rodrigo Alves Dias and Masoud Darvish Ganji and Camila Martins Saporetti and Leonardo Goliatt},
journal= {arXiv preprint arXiv:2502.05245},
year = {2025}
}