张 亮，常 旭，秦志楷，沈 立

(国防科技大学计算机学院，湖南 长沙 410073)

1 引言

量子计算是一种全新的计算模式，它以量子位为信息单元，遵循量子力学的规律，通过调控量子信息单元来进行计算[1]。量子计算机以量子力学为基础，其理论模型是量子图灵机。由于量子力学态存在叠加原理，量子信息的处理更加迅速，与通用电子计算机相比具有更强大的信息处理能力[2]，在合适的量子算法支持下，能够以很低的时间开销来完成密码学、多体系统量子力学和量子机器学习[3]等领域的诸多复杂算法。

然而，量子计算机的实现非常困难，目前仍没有实用化的量子计算机可以用来求解大规模的科学计算问题[4]，因此使用电子计算机来模拟量子计算系统成为最常用的研究手段。许多量子线路模拟器应运而生，用来支撑量子领域复杂计算问题的模拟，如ProjectQ、qHiPSTER和QuEST等。这些模拟器作为重要的研究工具，受到了量子计算研究者的高度重视。但是，目前开发出的量子线路模拟器往往会消耗更多的存储资源，带来更多的计算成本。

ProjectQ[5]是一款用于模拟量子计算的开源软件，它的初始版本就具有针对不同硬件的编译器框架，该框架可以对量子算法进行仿真测试，并可以连接到IBM Quantum Experience云服务的后端，在已有的量子硬件上运行。

qHiPSTER[6]是一款在电子计算机上实现的高性能分布式量子线路模拟器，可以模拟常规的单量子位门和双量子位控制门，并针对单CPU和多CPU做出了优化，包括向量化、多线程和高速缓存等。……