論文の概要: Efficient algorithms for quantum chemistry on modular quantum processors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.13332v1
• Date: Mon, 16 Jun 2025 10:22:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-17 17:28:48.181522
• Title: Efficient algorithms for quantum chemistry on modular quantum processors
• Title（参考訳）: モジュラ量子プロセッサにおける量子化学の効率的なアルゴリズム
• Authors: Tian Xue, Jacob P. Covey, Matthew Otten,
• Abstract要約: 本稿では,複数の計算モジュールに分散した量子化学アルゴリズムの実装を紹介する。 並列性を最大化するために、Trotterizationの擬似可換性を用いたパッキング方式を設計する。 分子構造を自然に利用し,モジュール間遅延を低減する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum chemistry is a promising application of future quantum computers, but the requirements on qubit count and other resources suggest that modular computing architectures will be required. We introduce an implementation of a quantum chemistry algorithm that is distributed across several computational modules: the distributed unitary selective coupled cluster (dUSCC). We design a packing scheme using the pseudo-commutativity of Trotterization to maximize the parallelism while optimizing the scheduling of all inter-module gates around the buffering of inter-module Bell pairs. We demonstrate dUSCC on a 3-cluster (H$_4$)$_3$ chain and show that it naturally utilizes the molecule's structure to reduce inter-module latency. We show that the run time of dUSCC is unchanged with inter-module latency up to $\sim$20$\times$ slower than intra-module gates in the (H$_4$)$_3$ while maintaining chemical accuracy. dUSCC should be "free" in the weakly entangled systems, and the existence of "free" dUSCC can be found efficiently using classical algorithms. This new compilation scheme both leverages pseudo-commutativity and considers inter-module gate scheduling, and potentially provides an efficient distributed compilation of other Trotterized algorithms.
• Abstract（参考訳）: 量子化学は将来の量子コンピュータの有望な応用であるが、量子ビット数やその他のリソースの要求はモジュラーコンピューティングアーキテクチャが必要とされることを示唆している。 本稿では,分散ユニタリ選択結合クラスタ(dUSCC)という,複数の計算モジュールに分散する量子化学アルゴリズムの実装を紹介する。 我々は,モジュール間ベルペアのバッファリング周囲の全てのモジュール間ゲートのスケジューリングを最適化しつつ,並列性を最大化するために,Trotterizationの擬可換性を用いたパッキング方式を設計する。 本稿では,3クラスター(H$_4$)$_3$チェーン上でdUSCCを実演し,モジュール間遅延を低減するために自然に分子の構造を利用することを示す。 化学的精度を維持しながら, dUSCCの実行時間は, モジュール間レイテンシが最大$\sim$20$\times$, (H$_4$)$_3$よりも遅いことを示す。 dUSCCは弱い絡み合いのシステムでは「自由」でなければならないし、「自由」なdUSCCの存在は古典的なアルゴリズムを用いて効率的に見つけることができる。 この新たなコンパイル方式は共に擬似可換性を活用し、モジュール間ゲートスケジューリングを考慮し、他のトロタライズドアルゴリズムの効率的な分散コンパイルを提供する可能性がある。

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