Benchmarking de Simuladores Cuánticos de Vector de Estado en HPC

Abstract

Las limitaciones del hardware cuántico actual en cuanto a escala y fiabilidad (era NISQ) hacen imprescindible el uso de simuladores clásicos eficientes. Este trabajo evalúa el rendimiento de siete simuladores basados en vector de estado (Qiskit, Qulacs, Qibo, Qsimov, Cirq, PennyLane e IQS) en un nodo multinúcleo del supercomputador Lusitania. Analizamos el tiempo de ejecución, consumo de memoria y escalabilidad empleando el algoritmo de Grover, la Transformada Cuántica de Fourier (QFT) y Quantum Volume (QV) para circuitos de 3 a 30 qubits. Nuestros resultados revelan que Qulacs es el simulador más rápido para menos de 22 qubits, mientras que Qiskit domina en circuitos de mayor anchura; además, ambos logran el mejor escalado paralelo. Por su parte, IQS registra el menor consumo de memoria en QFT y QV (por debajo de 24 qubits), aunque sufre severas penalizaciones temporales, especialmente en Grover. Qsimov presenta el menor rendimiento global, sirviendo como línea base para evidenciar el impacto crítico de las optimizaciones de arquitectura y de gestión de memoria. En conjunto, este estudio proporciona una guía detallada para orientar a los investigadores en la selección óptima de simuladores cuánticos en entornos HPC.