MPS 模拟器 (MPSSimulator)¶

UnifiedQuantum 在原有的稠密态模拟器（Simulator / NoisySimulator，由 C++ 后端驱动）之外，新增了一个纯 Python 的矩阵乘积态 (Matrix Product State, MPS) 模拟器：uniqc.simulator.MPSSimulator。

它的目标场景是：

大量量子比特、纠缠适中的电路（典型如一维链、Floquet/QSP/MPS 友好的 Trotter 电路、TFIM/海森堡演化等）
想要避免装载 C++ 后端（例如在 CI、容器或受限环境）
需要精确无噪声的参考结果，但 32 比特以上的稠密 statevector 已经放不下

支持的电路必须满足：

开放边界一维链——所有双比特门都作用在物理上相邻的量子比特对 (i, i+1) 上
不含 CONTROL...ENDCONTROL 块或 controlled_by(...) 修饰——MPS 引擎不支持任意控制门
非噪声——MPSSimulator 不接受 noise_model / error_loader

下表对比两类后端：

维度	`Simulator` (C++)	`MPSSimulator` (Python)
量子比特上限	~28（受内存限制）	数百（取决于 χ）
拓扑约束	任意	仅最近邻一维链
噪声模型	✅ Lindblad / 读出	❌ 仅理想电路
任意控制门	✅	❌
截断误差	无	由 `chi_max` / `svd_cutoff` 控制

直接调用 API¶

from uniqc import Circuit
from uniqc.simulator import MPSSimulator, MPSConfig

c = Circuit(64)
c.h(0)
for i in range(63):
    c.cnot(i, i + 1)

sim = MPSSimulator(MPSConfig(chi_max=64, svd_cutoff=1e-12, seed=42))

# 大 N 必须用 simulate_shots：MPS 抽样 O(N · χ³) per shot
counts = sim.simulate_shots(c.originir, shots=1000)
print(counts)            # {0: ~500, 2**64-1: ~500}
print(sim.max_bond)      # = 2 for GHZ
print(sim.truncation_errors)  # 每次 SVD 截掉的奇异值平方和

# 小 N 可以拿稠密向量验证
psi = sim.simulate_statevector(c.originir)  # ≤ 24 qubit
probs = sim.simulate_pmeasure(c.originir)   # ≤ 24 measured qubit

MPSConfig 字段：

chi_max: int = 64 — 键维上限。χ 越大越精确，代价 O(χ³)；高度纠缠的线路需要把 chi_max 调大，单层张量的内存大致按 N · χ² · d² 增长（d=2 为单比特维度）
svd_cutoff: float = 1e-12 — 截掉小于该阈值的奇异值
seed: int | None = None — simulate_shots 抽样的随机种子

通过 dummy 后端调用¶

跟 dummy:local:virtual-line-N 类似，MPS 模拟器作为一种 dummy 后端暴露给 submit_task / wait_for_result 流水线：

from uniqc.backend_adapter.task_manager import submit_task, wait_for_result

task = submit_task(circuit, backend="dummy:local:mps-linear-32:chi=64:cutoff=1e-10", shots=500)
result = wait_for_result(task, timeout=60)

Backend identifier 语法：

dummy:local:mps-linear-<N>[:chi=<int>][:cutoff=<float>][:seed=<int>]

linear-N 给出比特数与拓扑（[[0,1],[1,2],...,[N-2,N-1]]），dry-run 阶段会拒绝跨距 ≠ 1 的双比特门
chi、cutoff、seed 三个 kwarg 会被转发到 MPSConfig
与 dummy:local:virtual-line-N 不同，MPS 后端忽略噪声相关字段；如果你想要噪声，请使用 dummy:<platform>:<chip> 或显式构造 NoisySimulator

OriginIR 门集¶

遵循 uniqc OriginIR 解析器的命名约定（不接受 Qiskit 风格的 RXX/RYY/RZZ）：

类别	支持的门
1q 无参	`H`, `X`, `Y`, `Z`, `S`, `T`, `SX`, `I`
1q 参数	`RX(θ)`, `RY(θ)`, `RZ(θ)`, `U1(θ)`, `U2(φ,λ)`, `U3(θ,φ,λ)`, `RPhi(θ,φ)`, `RPhi90(φ)`, `RPhi180(φ)`
2q 无参	`CNOT`, `CZ`, `SWAP`, `ISWAP`, `ECR`
2q 参数	`XX(θ)`, `YY(θ)`, `ZZ(θ)`, `XY(θ)`, `PHASE2Q(p1,p2,p3)`

OriginIR 的参数语法是 GATE q[a],q[b],(theta)，不是 GATE(theta) q[a],q[b]。

何时该选 MPS¶

电路	推荐后端
≤ 24 比特，任意拓扑，需要精确	`Simulator`
一维链，比特数大，纠缠浅	`MPSSimulator`
任意拓扑、需要噪声	`dummy:<platform>:<chip>` 或真实硬件
跨距 > 1 的门	先用 SWAP 编译到最近邻，再走 MPS；或换 `Simulator`

如果电路达到了体积律纠缠（例如随机量子电路深度 ≈ N），任何 χ 都会爆，此时 MPS 不是合适的工具。