量子电路模拟器是一种软件工具，可以在经典硬件上模拟量子计算机的行为。 它允许开发人员对量子电路（作用于量子比特的量子门的序列）进行建模，并使用量子状态的数学表示来预测它们的结果。 模拟器利用线性代数库来执行复杂的计算，以模拟诸如叠加和纠缠之类的量子现象。 通过在模拟环境中运行算法，开发人员可以测试和完善他们的设计，而无需物理量子硬件，而物理量子硬件的可用性通常有限或容易出错。
量子电路模拟器通过三个关键方式辅助算法开发。 首先，它们支持调试和验证。 例如，测试 Shor 因子分解算法的小规模版本的开发人员可以使用模拟器来检查每个步骤的精确量子状态，从而验证该算法是否正确识别了素因子。 这种级别的可见性在真实的量子硬件上是不可能实现的，在真实的量子硬件上，测量会将量子比特坍缩为经典状态。 其次，模拟器允许探索理想条件。 真实的量子设备会受到噪声和退相干的影响，但是模拟器可以对完美的量子比特进行建模，从而帮助开发人员隔离算法中的逻辑错误。 例如，可以在无噪声的环境中测试 Grover 搜索算法，以在将其适应嘈杂的硬件之前，确认其理论上的成功概率。 第三，模拟器支持混合工作流程。 开发人员可以通过在经典硬件上运行参数优化，同时模拟量子电路组件来测试变分量子算法（如用于化学模拟的 VQE），从而加快迭代周期。
诸如 Qiskit Aer (IBM)、Cirq (Google) 和 QuTiP 之类的流行工具提供了不同级别的仿真细节。 状态向量模拟器显式表示完整的量子状态，这使其精确，但仅限于小型电路（例如，20-30 个量子比特）。 张量网络或密度矩阵模拟器近似于较大的系统，从而牺牲了一些精度来换取可伸缩性。 这些工具使开发人员可以为将来的硬件原型化算法（例如，即使当前设备仅支持 20 个量子比特，也可以模拟 50 个量子比特的电路），并比较不同噪声模型的结果。 通过弥合理论和实际实现之间的差距，模拟器可以降低成本，加快实验速度，并提供可控的环境，以便在部署之前完善量子算法。