論文の概要: LogosQ: A High-Performance and Type-Safe Quantum Computing Library in Rust

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.23183v1
• Date: Mon, 29 Dec 2025 03:50:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-30 22:37:30.399102
• Title: LogosQ: A High-Performance and Type-Safe Quantum Computing Library in Rust
• Title（参考訳）: LogosQ: Rustの高性能でタイプセーフな量子コンピューティングライブラリ
• Authors: Shiwen An, Jiayi Wang, Konstantinos Slavakis,
• Abstract要約: Rustで実装された高性能なバックエンド量子コンピューティングライブラリであるLogosQを紹介します。 LovisQはコンパイル時の型安全性によって正確性を強制する。 システムプログラミングの安全性と高度な回路最適化を組み合わせることで、LogosQは信頼性と効率的な量子シミュレーションのための新しい標準を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.467650619241088
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: Developing robust and high performance quantum software is challenging due to the dynamic nature of existing Python-based frameworks, which often suffer from runtime errors and scalability bottlenecks. In this work, we present LogosQ, a high performance backend agnostic quantum computing library implemented in Rust that enforces correctness through compile time type safety. Unlike existing tools, LogosQ leverages Rust static analysis to eliminate entire classes of runtime errors, particularly in parameter-shift rule gradient computations for variational algorithms. We introduce novel optimization techniques, including direct state-vector manipulation, adaptive parallel processing, and an FFT optimized Quantum Fourier Transform, which collectively deliver speedups of up to 900 times for state preparation (QFT) and 2 to 5 times for variational workloads over Python frameworks (PennyLane, Qiskit), 6 to 22 times over Julia implementations (Yao), and competitive performance with Q sharp. Beyond performance, we validate numerical stability through variational quantum eigensolver (VQE) experiments on molecular hydrogen and XYZ Heisenberg models, achieving chemical accuracy even in edge cases where other libraries fail. By combining the safety of systems programming with advanced circuit optimization, LogosQ establishes a new standard for reliable and efficient quantum simulation.
• Abstract（参考訳）: 堅牢で高性能な量子ソフトウェアの開発は、実行時のエラーやスケーラビリティのボトルネックに悩まされる、既存のPythonベースのフレームワークの動的な性質のため、難しい。 In this work, we present LogosQ, a high performance backend agnostic quantum computing library implement in Rust。 既存のツールとは異なり、LogosQはRustの静的解析を利用して、特にパラメータシフトルール勾配計算における実行時エラーの全クラスを排除している。 本稿では,Python フレームワーク (PennyLane, Qiskit) の6倍から22倍,Julia 実装 (Yao) の6倍から22倍,Q sharp による競合性能の最大900倍,および2～5倍のワークロードの高速化を実現する,直接状態ベクトル操作,適応並列処理,FFT 最適化量子フーリエ変換などの新しい最適化手法を紹介する。 水素分子モデルとXYZハイゼンベルクモデルにおける変分量子固有解法(VQE)実験による数値安定性の検証を行った。 システムプログラミングの安全性と高度な回路最適化を組み合わせることで、LogosQは信頼性と効率的な量子シミュレーションのための新しい標準を確立する。

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