维度网讯，IBM Quantum 研究人员推出开源 Python 库 ffsim，该库专为高效经典模拟费米子量子电路而设计，旨在为量子信息社区提供更快的验证和基准测试工具。
与通用量子电路模拟器依赖存储完整状态向量不同，ffsim 利用物理系统中严格守恒的总粒子数和自旋 z 分量（Sz）对称性，大幅压缩了计算空间。通用模拟器对于 n 量子比特电路需维护维度为 2n 的复数向量，而 ffsim 对于 2N 个自旋轨道，只跟踪包含固定数量自旋向上电子数（Nα）和自旋向下电子数（Nβ）的状态，从而显著降低了数值前因子。
这种工程影响在 4×8 晶格配置的二维 Hubbard 模型基准测试中得到体现。在该模型下，标准费米子到量子比特映射转换成一个 64 量子比特电路。通用状态向量模拟器执行此模型需约 256 艾字节（EiB）内存，而 ffsim 在 1/8 填充下，可将活跃状态向量压缩至 19.3 吉字节（GiB），使研究人员能在单个经典桌面工作站上进行精确模拟。
该库基于函数式编程模式，使用 NumPy 数组存储和演化费米子波函数，集成优化后端，支持保数操作门集，并包含与 Qiskit 和 PySCF 生态系统的原生接口。通过 Qiskit 编译层，ffsim 还能作为任何由汉明重量保持门（Hamming weight-preserving gates）构成的任意量子比特电路的模拟后端。
开发团队将 ffsim 与费米子量子模拟器（FQE）和 Qiskit Aer 进行了性能基准测试。在单线程 M1 MacBook 上，针对双因子分解表示中分子哈密顿量的 Trotter 化时间演化测试显示，ffsim 模拟速度比 FQE 快 11 倍，二次哈密顿量演化加速 2.4 倍，分子哈密顿量算子作用加速 8.4 倍。当系统规模扩展至 16 轨道（32 量子比特）时，Qiskit Aer 因经典内存限制无法处理，而 ffsim 仍能运行。详细技术预印本已在 arXiv 发布，相关代码和教程可在 Qiskit Community GitHub 仓库获取，IBM Quantum Blog 也发布了该库的集成概述。
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