We show how quantum-inspired 2d tensor networks can be used to efficiently and accurately simulate the largest quantum processors from IBM, namely Eagle (127 qubits), Osprey (433 qubits) and Condor (1121 qubits). We simulate the dynamics of a complex quantum many-body system -- specifically, the kicked Ising experiment considered recently by IBM in Nature 618, p. 500-505 (2023) -- using graph-based Projected Entangled Pair States (gPEPS), which was proposed by some of us in PRB 99, 195105 (2019). Our results show that simple tensor updates are already sufficient to achieve very large unprecedented accuracy with remarkably low computational resources for this model. Apart from simulating the original experiment for 127 qubits, we also extend our results to 433 and 1121 qubits, thus setting a benchmark for the newest IBM quantum machines. We also report accurate simulations for infinitely-many qubits. Our results show that gPEPS are a natural tool to efficiently simulate quantum computers with an underlying lattice-based qubit connectivity, such as all quantum processors based on superconducting qubits.


翻译:我们展示了如何利用受量子启发的二维张量网络,高效且精确地模拟IBM最大的量子处理器,即Eagle(127量子比特)、Osprey(433量子比特)和Condor(1121量子比特)。我们模拟了一个复杂量子多体系统的动力学——具体而言,即IBM近期在《自然》杂志第618卷、第500-505页(2023年)中研究的踢伊辛实验——采用了基于图的投影纠缠对态(gPEPS),该方法由我们中的一些人在《物理评论B》第99卷、第195105页(2019年)中提出。我们的结果表明,简单的张量更新已足以用极低的计算资源为该模型实现前所未有的高精度。除了对127量子比特的原始实验进行模拟外,我们还将结果扩展到433和1121量子比特,从而为最新的IBM量子计算机设定了基准。我们还报告了无限多量子比特的精确模拟。我们的结果表明,gPEPS是一种天然的工具,能够高效模拟具有基于晶格的量子比特互连结构的量子计算机,例如所有基于超导量子比特的量子处理器。

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