論文の概要: Hybrid Method of Efficient Simulation of Physics Applications for a Quantum Computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.09020v1
- Date: Mon, 09 Feb 2026 18:59:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-10 20:26:25.444656
- Title: Hybrid Method of Efficient Simulation of Physics Applications for a Quantum Computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおける物理応用の効率的なシミュレーション手法のハイブリッド化
- Authors: Carla Rieger, Albert T. Schmitz, Gehad Salem, Massimiliano Incudini, Sofia Vallecorsa, Anne Y. Matsuura, Michele Grossi, Gian Giacomo Guerreschi,
- Abstract要約: そこで本研究では,完全状態とクリフォードシミュレータのハイブリッドなハイブリッドシミュレーション手法を提案する。
本手法は, トロッター化ハミルトン進化の重要な構成要素であるマルチキュービット回転の効率的なエミュレーションに焦点をあてる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.19674381684480702
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum chemistry and materials science are among the most promising areas for demonstrating algorithmic quantum advantage and quantum utility due to their inherent quantum mechanical nature. Still, large-scale simulations of quantum circuits are essential for determining the problem size at which quantum solutions outperform classical methods. In this work, we present a novel hybrid simulation approach, forming a hybrid of a fullstate and a Clifford simulator, specifically designed to address the computational challenges associated with the time evolution of quantum chemistry Hamiltonians. Our method focuses on the efficient emulation of multi-qubit rotations, a critical component of Trotterized Hamiltonian evolution. By optimizing the representation and execution of multi-qubit operations leveraging the Pauli frame, our approach significantly reduces the computational cost of simulating quantum circuits, enabling more efficient simulations. Beyond its impact on chemistry applications, our emulation strategy has broad implications for any computational workload that relies heavily on multi-qubit rotations. By increasing the efficiency of quantum simulations, our method facilitates more accurate and cost-effective studies of complex quantum systems. We quantify the performance improvements and computational savings for this emulation strategy, and we obtain a speedup of a factor $\approx 18$ ($\approx 22$ with MPI) for our evaluated chemistry Hamiltonians with 24 qubits. Thus, we evaluate our integration of this emulation strategy into the Intel Quantum SDK, further bridging the gap between theoretical algorithm development and practical quantum software implementations.
- Abstract（参考訳）: 量子化学と材料科学は、その固有の量子力学的性質のため、アルゴリズム的な量子優位性と量子ユーティリティを示す最も有望な分野である。
それでも、量子回路の大規模シミュレーションは、量子解が古典的手法より優れている問題のサイズを決定するのに不可欠である。
本研究では,量子化学ハミルトニアンの時間発展に伴う計算問題に対処するために,フルステートとクリフォードシミュレータのハイブリッドを形成する,新しいハイブリッドシミュレーション手法を提案する。
本手法は, トロッター化ハミルトン進化の重要な構成要素であるマルチキュービット回転の効率的なエミュレーションに焦点をあてる。
パウリフレームを利用したマルチキュービット演算の表現と実行を最適化することにより、量子回路シミュレーションの計算コストを大幅に削減し、より効率的なシミュレーションを可能にする。
化学応用への影響以外にも、エミュレーション戦略は、マルチキュービット回転に大きく依存する計算負荷に対して幅広い意味を持つ。
量子シミュレーションの効率を高めることにより、複雑な量子系のより正確で費用対効果の高い研究が容易になる。
我々は,このエミュレーション戦略の性能向上と計算コストの定量化を行い,24量子ビットの化学ハミルトニアンに対して,MPIで18ドル(約1,200円)の速度アップを求める。
そこで我々は,このエミュレーション戦略をIntel Quantum SDKに統合し,理論的アルゴリズム開発と実用的な量子ソフトウェア実装のギャップを埋めることを評価した。
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