論文の概要: Orkan: Cache-friendly simulation of quantum operations on hermitian operators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.15765v1
• Date: Fri, 17 Apr 2026 07:08:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-20 22:00:19.782995
• Title: Orkan: Cache-friendly simulation of quantum operations on hermitian operators
• Title（参考訳）: Orkan: エルミート作用素上の量子演算のキャッシュフレンドリーなシミュレーション
• Authors: Timo Ziegler,
• Abstract要約: タイル粒度でヘミチアン行列の下方三角形のみを記憶するタイル状メモリレイアウトを用いたシミュレーションライブラリであるEmphOrkanを紹介する。 この実装は、任意のエルミート作用素を均一に扱い、シュルディンガーやハイゼンベルクの絵が使われているかどうかを知らない。 Qiskit Aer、QuEST、Qulacsに対するベンチマークでは、メモリフットプリントの削減による一貫したウォールクロックのスピードアップが2-$4times$で示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Classical simulation of quantum operations is essential for algorithm design, noise characterisation, and benchmarking of quantum hardware. The most general physically realisable operation can be described by a positive linear map acting on a hermitian operator, representing either a density matrix or an observable. Established simulators vectorise the density matrix on an $n$-qubit Hilbert space and reuse state-vector kernels, storing all $2^{2n}$ elements and forgoing the benefits of hermitian symmetry. In this work, I introduce \emph{Orkan}, a simulation library that uses a tiled memory layout storing only the lower triangle of the hermitian matrix at tile granularity, roughly halving both the memory footprint and the wall time to simulate the evolution of quantum states under generic quantum operations. The implementation treats any hermitian operator uniformly and is agnostic to whether the Schrödinger or Heisenberg picture is used. Dedicated $k$-local conjugation algorithms update all entries of the hermitian matrix in a single pass. Benchmarks against Qiskit Aer, QuEST, and Qulacs show consistent wall-clock speedups of $2$-$4{\times}$ partly attributable to the reduced memory footprint.
• Abstract（参考訳）: 量子演算の古典的シミュレーションは、アルゴリズム設計、ノイズ特性化、および量子ハードウェアのベンチマークに不可欠である。 最も一般的な物理的実現可能な操作は、密度行列または可観測性を表すエルミート作用素に作用する正の線型写像によって記述することができる。 確立されたシミュレータは、密度行列を$n$-qubit Hilbert空間上でベクトル化し、状態ベクトル核を再利用し、全ての2^{2n}$要素を保存し、エルミート対称性の利点を放棄する。 本研究では,エルミタン行列の下方三角形のみをタイル粒度で格納するタイル状メモリレイアウトを用いたシミュレーションライブラリである \emph{Orkan} を紹介し,メモリフットプリントと壁面時間の両方をほぼ半分にし,量子状態の一般化をシミュレーションする。 この実装は、任意のエルミート作用素を均一に扱い、シュレーディンガー図形かハイゼンベルク図形かを知らない。 述語$k$-local conjugationアルゴリズムは、ヘミチアン行列の全てのエントリを単一のパスで更新する。 Qiskit Aer、QuEST、Qulacsに対するベンチマークでは、連続したウォールクロックのスピードアップが2-$4{\times}$である。

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