QuickQudits：基于扩展稳定器纸面化 formalism 的高效噪声量子比特 Clifford 电路仿真框架

我们提出一个全面且自包含的框架，用于高效地经典仿真作用于 $d$ 维量子比特的 Clifford 电路，包括通过蒙特卡洛仿真实现的真实 Pauli/Weyl 噪声。我们的方法使用任意维度的量子比特稳定器纸面化 formalism，并在 Clifford 更新下跟踪稳定器和破坏性生成器。经典仿真在 $\mathbb{Z}_d$ 上的简单代数 Clifford 更新规则下保持高效。对于素数维度下的计算基测量，通过广义 Aaronson-Gottesman（CHP）程序处理。在复合维度中，$\mathbb{Z}_d$ 不是域，标准纸面化化简失效，因此我们采用精确 Smith 范畴分解以实现高效抽样。噪声建模为仅作用于纸面化相位列的概率性 Weyl 算子混合。在快速仿真噪声电路方面，我们支持 Pauli 帧，分别推广 Weyl 帧，并引入一种噪声压迫技术，允许将所有噪声过程聚合到电路末端的单个相位更新中。通过这种表示方法，电路保真度完全由单个累计相位移参数 $\Delta \tau$ 决定，将保真度估计简化为每次抽样中的简单相位检查。我们的代码库支持纸面化仿真以及量子比特的常规状态矢量和密度矩阵后端，还包括电路和纸面化可视化。此外，我们提供测试和 Jupyter 笔记本用于验证和说明。该框架构成了可扩展、开源的强+弱稳定器仿真器的基础，包括噪声，可在 https://github.com/QUICK-JKU/QuickQudits 上公开获取。