論文の概要: A High-Performance Pauli-Algebra Framework for Large-Scale Quantum Simulations
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.28952v1
- Date: Sat, 27 Jun 2026 14:51:19 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-06-30 18:07:15.738477
- Title: A High-Performance Pauli-Algebra Framework for Large-Scale Quantum Simulations
- Title（参考訳）: 大規模量子シミュレーションのための高性能Pauli-Algebraフレームワーク
- Abstract要約: 量子多体および量子化学シミュレーションに適した高性能なPauli-algebraフレームワークを提案する。
このフレームワークは、コンパクトなバイナリシンプレクティック符号化、標準係数の低減、グループ化されたスパース演算子表現を組み合わせる。
結果としてJulia/Ctextt++の実装は、スパースおよび対称性に適応した多電子空間におけるパウリ乗法、ハミルトン構成、作用素状態乗法を加速させる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 17.193239183791277
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Efficient manipulation of Pauli-algebraic objects is a key bottleneck in the classical emulation and benchmarking of quantum algorithms for chemistry and many-body physics. This bottleneck appears in Hamiltonian construction, variational ansatz preparation, expectation-value and gradient evaluation, and real-time propagation, all of which require repeated Pauli-algebra operations. Here, we present a high-performance Pauli-algebra framework tailored to quantum many-body and quantum-chemical simulations. The framework combines compact binary symplectic encoding, canonical coefficient reduction, and grouped sparse operator representations that exploit shared bit-flip patterns among Pauli strings. The resulting Julia/C\texttt{++} implementation accelerates Pauli multiplication, Hamiltonian construction, and operator--state multiplication in sparse and symmetry-adapted many-electron spaces. Benchmarks demonstrate efficient Hamiltonian construction, large-active-space VQE and ADAPT-VQE calculations, and real-time variational dynamics on modern multicore CPU and GPU architectures. These results show that structure-aware Pauli-algebra engines provide a scalable classical backend for developing and benchmarking quantum algorithms in quantum chemistry and many-body simulation.
- Abstract（参考訳）: パウリ代数オブジェクトの効率的な操作は、化学や多体物理学のための量子アルゴリズムの古典的なエミュレーションとベンチマークにおいて重要なボトルネックとなっている。
このボトルネックはハミルトンの構成、変分アンザッツの準備、期待値と勾配の評価、およびリアルタイムの伝搬に現れ、これら全ては繰り返しパウリ-代数演算を必要とする。
本稿では,量子多体および量子化学シミュレーションに適した高性能なPauli-algebraフレームワークを提案する。
このフレームワークは、コンパクトなバイナリシンプレクティック符号化、標準係数の低減、パウリ弦間の共有ビットフリップパターンを利用するグループ化されたスパース演算子表現を組み合わせる。
結果として得られるJulia/C\texttt{++} の実装は、パウリ乗法、ハミルトニアン構成、スパースおよび対称性に適応した多電子空間における作用素状態乗法を加速させる。
ベンチマークでは、ハミルトニアンの効率的な構成、大アクティブスペースVQEとADAPT-VQEの計算、現代のマルチコアCPUおよびGPUアーキテクチャにおけるリアルタイム変動ダイナミクスが示されている。
これらの結果から,構造を意識したパウリ・アルゲブラエンジンは量子化学および多体シミュレーションにおける量子アルゴリズムの開発とベンチマークのためのスケーラブルな古典的バックエンドを提供することが示された。
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