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Qandle: Accelerating State Vector Simulation Using Gate-Matrix Caching and Circuit Splitting

Qandle: Accelerating State Vector Simulation Using Gate-Matrix Caching and Circuit Splitting

Gerhard Stenzel, Sebastian Zielinski, Michael Kölle, Philipp Altmann, Jonas Nüßlein, and Thomas Gabor

Abstract

To address the computational complexity associated with state-vector simulation for quantum circuits, we propose a combination of advanced techniques to accelerate circuit execution. Quantum gate matrix caching reduces the overhead of repeated applications of the Kronecker product when applying a gate matrix to the state vector by storing decomposed partial matrices for each gate. Circuit splitting divides the circuit into sub-circuits with fewer gates by constructing a dependency graph, enabling parallel or sequential execution on disjoint subsets of the state vector. These techniques are implemented using the PyTorch machine learning framework. We demonstrate the performance of our approach by comparing it to other PyTorch-compatible quantum state-vector simulators. Our implementation, named Qandle, is designed to seamlessly integrate with existing machine learning workflows, providing a user-friendly API and compatibility with the OpenQASM format.

In progress


QAR-Lab – Quantum Applications and Research Laboratory
Ludwig-Maximilians-Universität München
Oettingenstr. 67
80538 München
Telefon: +49 89 2180-9153
E-Mail: qar-lab@mobile.ifi.lmu.de

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