QuEST量子计算模拟器使用指南

QuEST量子计算模拟器使用指南

QuEST A multithreaded, distributed, GPU-accelerated simulator of quantum computers 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/qu/QuEST

1. 项目介绍

QuEST（Quantum Exact Simulation Toolkit）是一个高性能的量子电路、状态向量和密度矩阵模拟器。QuEST利用多线程、GPU加速和分布式计算，能够在笔记本电脑、台式机和网络超级计算机上快速运行。QuEST具有以下特点：

• 多线程和分布式计算：支持OpenMP和MPI，适用于多核、多CPU和分布式硬件。
• GPU加速：支持AMD和NVIDIA GPU，通过HIP、cuQuantum和Thrust实现高性能。
• 简单易用：无需安装，编译和运行简单。
• 灵活强大：支持密度矩阵、通用幺正矩阵、退相干通道、Pauli基中的Hermitian算子等多种功能。

2. 项目快速启动

2.1 下载和编译

首先，通过Git克隆QuEST项目：

git clone https://github.com/QuEST-Kit/QuEST.git
cd QuEST

2.2 编译示例代码

使用CMake和Make编译示例代码：

mkdir build
cd build
cmake ..
make

2.3 运行示例

编译完成后，运行示例代码：

./demo

2.4 Windows用户指南

Windows用户需要安装Visual Studio Build Tools和CMake，并在开发者命令提示符中运行以下命令：

cmake .. -G "NMake Makefiles"
nmake

如果使用MSVC和NMake失败，可以下载MinGW-w64并编译：

cmake .. -G "MinGW Makefiles"
make

3. 应用案例和最佳实践

3.1 量子电路模拟

QuEST可以用于模拟复杂的量子电路，例如Hadamard门、控制旋转门等。以下是一个简单的量子电路模拟示例：

#include "QuEST.h"

int main() {
    QuESTEnv env = createQuESTEnv();
    Qureg qubits = createQureg(2, env);

    hadamard(qubits, 0);
    controlledRotateX(qubits, 0, 1, 0.5);

    double prob = calcProbOfOutcome(qubits, 0, 1);
    printf("Probability of outcome: %f\n", prob);

    destroyQureg(qubits, env);
    destroyQuESTEnv(env);
    return 0;
}

3.2 密度矩阵模拟

QuEST支持密度矩阵模拟，适用于精确模拟噪声量子计算机。以下是一个密度矩阵模拟示例：

#include "QuEST.h"

int main() {
    QuESTEnv env = createQuESTEnv();
    Qureg qubits = createDensityQureg(2, env);

    mixDepolarising(qubits, 0, 0.1);

    destroyQureg(qubits, env);
    destroyQuESTEnv(env);
    return 0;
}

4. 典型生态项目

4.1 QuESTlink

QuESTlink是一个Mathematica包，支持符号电路操作、解析模拟、可视化和远程加速硬件的高性能模拟。

4.2 pyQuEST

pyQuEST是一个基于Cython的Python接口，由QTechTheory组开发。目前处于alpha阶段。

4.3 PyQuEST-cffi

PyQuEST-cffi是一个基于cffi的Python接口，由HQS Quantum Simulations开发。目前处于alpha阶段，并非官方QuEST项目。

通过这些生态项目，用户可以更方便地在不同环境中使用QuEST进行量子计算模拟。

QuEST A multithreaded, distributed, GPU-accelerated simulator of quantum computers 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/qu/QuEST