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, and for evolution times around 8 times longer, 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最大规模的量子处理器,包括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,是IBM近期在《自然》杂志(Nature 618, p. 500-505, 2023)中研究的受激Ising实验——采用基于图的投影纠缠对态(gPEPS)方法,该方法由我们部分研究者于2019年提出(PRB 99, 195105)。结果表明,对于该模型,简单的张量更新即可在极低计算资源下实现前所未有的大规模精度。除模拟127量子比特的原始实验外,我们还将其扩展至433和1121量子比特,并将演化时间延长约8倍,从而为最新的IBM量子计算机设定了基准。此外,我们还报告了对无穷多量子比特的精确模拟。我们的结果表明,gPEPS是高效模拟具有底层晶格量子比特连接性(例如所有基于超导量子比特的量子处理器)的自然工具。

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