論文の概要: Adaptive Multi-Backend Simulation of Near-Clifford Quantum Circuits via Spatial Stabilizer-Frame Partitioning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.27075v1
• Date: Wed, 29 Jul 2026 16:00:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-07-30 21:06:25.734322
• Title: Adaptive Multi-Backend Simulation of Near-Clifford Quantum Circuits via Spatial Stabilizer-Frame Partitioning
• Title（参考訳）: 空間安定化器フレーム分割によるニアクリフォード量子回路の適応型マルチバックシミュレーション
• Abstract要約: クリフォード+T量子回路の正確な振幅シミュレータを提案する。 この構造は、安定化器に基づくシュルディンガー=ファインマン法を3方向に拡張する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We present an exact amplitude simulator for Clifford+T quantum circuits that combines a Feynman path sum across a balanced qubit bipartition with stabilizer-frame simulation on each half. The construction extends prior stabilizer-based Schrödinger-Feynman methods in three directions: recursive multilevel bipartition into a binary tree, automatic fallback to dense state-vector simulation when a leaf's stabilizer frame would exceed its memory ceiling, and a cost-model-driven partition selector that replaces the standard cut-count minimization heuristic. We show cut-count minimization is an unreliable proxy in practice: a globally cleaner partition can reduce cross-cut count yet increase wall-clock time, because it imbalances T-gate density across halves and inflates per-half stabilizer-frame size. Our cost model substitutes the stabilizer-frame bound 2w for the dense 2n ceiling per side and explicitly models per-amplitude readout cost; isolating that term uncovered a quadratic-asymptotic inefficiency in the leaf simulator's end-of-path amplitude extraction, fixed by replacing it with an existing O(F * s * n) single-amplitude inner product. On a structured hierarchical n=16 benchmark the recursive simulator beats monolithic stabilizer-frame simulation by 92x to 17,645x, wins by 79x per path against a dense half-state-vector baseline under an identical cut, and beats a production state-vector simulator end to end by up to 47.9x (median ~5x). On adversarial random Clifford+T circuits the dense state vector wins past a crossover near n/2 cross-cut gates -- the regime the cost model identifies. The dominant cost, the cross-cut Feynman sum, is embarrassingly parallel with constant inter-worker communication, unlike recent matrix-product-state stabilizer-tensor methods whose inner contraction loop is sequential.
• Abstract（参考訳）: バランスの取れた量子ビット二分割にファインマンパス和と安定化器フレームを結合したクリフォード+T量子回路の正確な振幅シミュレータを提案する。 この構造は以前の安定化器ベースのシュレーディンガー=ファインマン法を3方向に拡張し、二分木への再帰的多重レベル分割、葉の安定化器フレームがメモリ天井を超えるときの高密度状態ベクトルシミュレーションへの自動フォールバック、標準カット数最小化ヒューリスティックを置き換えるコストモデル駆動分割セレクタである。 カット数最小化は、実際には信頼性の低いプロキシであり、グローバルなクリーナーパーティションは、クロスカット数を削減できるが、ハーフをまたいでTゲート密度を不均衡にし、安定化器フレームサイズを半減させるため、ウォールクロック時間を増やすことができる。 我々のコストモデルは、水平方向の高密度な2n天井の安定化フレーム境界2wと、振幅毎の読み出しコストの明示的モデルに代えて、葉シミュレータの終端振幅抽出における2次漸近不効率を解き、既存のO(F * s * n)単振幅内積に置き換えることで固定する。 構造化階層的なn=16ベンチマークでは、再帰的シミュレータは、モノリシックな安定化器フレームのシミュレーションを92xから17,645xに打ち負かし、同じカットの下で密度の高い半状態ベクトルベースラインに対してパス当たり79xで勝利し、生産状態ベクトルシミュレータの終端を47.9x(中間値 ~5x)まで打ち負かす。 逆数ランダムなクリフォード+T回路では、高密度状態ベクトルが n/2 の横断ゲート付近のクロスオーバーを通過して勝利する。 主なコストであるクロスカット・ファインマン和は、内部収縮ループが逐次である最近の行列-積-状態安定化器-テンソル法とは異なり、労働者間通信と恥ずかしいほどに平行である。

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