論文の概要: COSMA: Communication-aware Optimization of Fermionic Simulation Kernels for Modular Quantum Architectures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.09381v1
• Date: Fri, 10 Jul 2026 13:03:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-13 14:47:12.844029
• Title: COSMA: Communication-aware Optimization of Fermionic Simulation Kernels for Modular Quantum Architectures
• Title（参考訳）: COSMA: モジュール量子アーキテクチャのためのフェルミオンシミュレーションカーネルの通信対応最適化
• Abstract要約: COSMAは、モジュラー量子アーキテクチャをターゲットにしたフェルミオンシミュレーションカーネルのコンパイルフレームワークである。 提案手法は、コア間状態転送を最小限に抑えるために、フェルミオン・ツー・キュービットマッピング、パウリスケジューリング、およびキュービットアロケーションを共同で最適化する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.166372522359188
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum simulation is a leading application of quantum computing, but scaling to chemically relevant problems requires modular architectures composed of interconnected quantum processing units. In such systems, inter-core quantum communication becomes a major performance bottleneck. In this work, we present COSMA, a communication-aware compilation framework for fermionic simulation kernels targeting modular quantum architectures. Our approach jointly optimizes fermion-to-qubit mapping, Pauli scheduling, and qubit allocation to minimize inter-core state transfers. Evaluated on molecular benchmarks, COSMA achieves up to $2.5\times$ reduction in communication cost compared to state-of-the-art baselines, with a median improvement of $1.7\times$. These results demonstrate that cross-layer co-design is essential for efficient and scalable quantum simulation on multi-core quantum hardware.
• Abstract（参考訳）: 量子シミュレーションは量子コンピューティングの先駆的な応用であるが、化学的に関連する問題へのスケーリングには相互接続された量子処理ユニットからなるモジュラーアーキテクチャが必要である。 このようなシステムでは、コア間量子通信が主要なパフォーマンスボトルネックとなる。 本研究では,モジュール型量子アーキテクチャをターゲットとしたフェルミオンシミュレーションカーネルのための通信対応コンパイルフレームワークであるCOSMAを提案する。 我々のアプローチは、コア間状態転送を最小限に抑えるために、フェルミオン・ツー・キュービットマッピング、パウリスケジューリング、およびキュービットアロケーションを共同で最適化する。 分子ベンチマークで評価すると、COSMAは最先端のベースラインに比べて通信コストを最大2.5ドル削減し、中央値の1.7ドルの改善を達成している。 これらの結果は、多コア量子ハードウェア上での効率的でスケーラブルな量子シミュレーションには、層間共設計が不可欠であることを示す。

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