Fugu-MT 論文翻訳(概要): Efficient Compilation for Hamiltonian Simulation via Global Binary Symplectic Form Simplification

論文の概要: Efficient Compilation for Hamiltonian Simulation via Global Binary Symplectic Form Simplification

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.11579v1
Date: Wed, 12 Aug 2026 02:38:42 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2026-08-13 19:07:54.436033
Title: Efficient Compilation for Hamiltonian Simulation via Global Binary Symplectic Form Simplification
Title（参考訳）: グローバルバイナリシンプレクティックフォーム単純化によるハミルトンシミュレーションの効率的なコンパイル
Abstract要約: ハミルトンシミュレーションは、変分量子アルゴリズムとトロッター時間進化の基盤となる、コア量子ワークロードである。我々は、パウリ弦のバイナリシンプレクティック形式(BSF)表現に基づいて構築された総合的なコンパイル手法であるSymphonyを提案する。
参考スコア（独自算出の注目度）: 24.878868093642307
License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
Abstract: Hamiltonian simulation is a core quantum workload, underpinning variational quantum algorithms and Trotterized time evolution. Such programs are expressed as Pauli exponential sequences, exhibiting structural patterns that are highly amenable to high-level synthesis and optimization. Existing compilers, however, fail to fully unlock the optimization potential of their global algebraic structure, even when employing advanced graph- or tableau-based methods. We present Symphony, a holistic compilation approach built on the binary symplectic form (BSF) representation of Pauli strings. Unlike prior group-wise BSF simplification and path-based Pauli network synthesis, Symphony applies generalized controlled-Pauli Clifford transformations directly to a global BSF tableau, adaptively reducing active Pauli rows and emitting eligible two-qubit blocks other than single-qubit rotations in a forward Clifford frame. Following algebraic simplification, Symphony performs a causality-preserving block rescheduling heuristic that respects frame-induced dependencies while exposing extensive two-qubit block parallelism opportunities. This streamlined compilation style comprehensively exploits simultaneous simplification and commutativity opportunities, achieving efficient global optimization without relying on computationally expensive heuristics or long-horizon searches. Across the generic Hamiltonian simulation benchmarks in HamLib, Symphony achieves average reductions of 59% in two-qubit gate count and 91% in circuit depth. It strictly Pareto-dominates prior state-of-the-art compilers, requiring 1.14--1.58$\times$ fewer two-qubit gates and especially shrinking two-qubit circuit depth by a substantial factor of 1.87--5.67$\times$ on average.
Abstract（参考訳）: ハミルトンシミュレーションは、変分量子アルゴリズムとトロッター時間進化の基盤となる、コア量子ワークロードである。このようなプログラムはパウリ指数列として表現され、高いレベルの合成と最適化に非常に適した構造パターンを示す。しかし、既存のコンパイラは、高度なグラフやテーブルーベースの手法を用いても、グローバル代数構造の最適化可能性を完全には解けない。我々は、パウリ弦のバイナリシンプレクティック形式(BSF)表現に基づいて構築された総合的なコンパイル手法であるSymphonyを提案する。以前のグループワイド BSF の単純化やパスベースのパウリネットワーク合成とは異なり、Symphony は一般化されたコントロール・パウリ・クリフォード変換を大域 BSF のテーブルーに直接適用し、アクティブなパウリ行を適応的に減少させ、フォワードクリフォードフレームの1量子回転以外の2量子ビットブロックを出力する。代数的単純化に続いて、Symphonyはフレーム依存を尊重する因果保存ブロック再スケジュールヒューリスティックを実行し、2量子ブロック並列化の幅広い機会を露呈する。この合理化されたコンパイルスタイルは、計算コストのかかるヒューリスティックスやロングホライゾン探索に頼ることなく、効率的なグローバル最適化を実現するため、同時単純化と可換化の機会を包括的に活用する。ハンリブのハミルトンシミュレーションベンチマークでは、シンフォニーは2ビットゲート数で平均59%、回路深度で91%の削減を実現している。 Paretoは最先端のコンパイラを厳密に支配し、平均で1.14--1.58$\times$2キュービットゲートを減らし、特に2キュービット回路の深さを1.87--5.67$\times$1.87-5.67$\times$で縮小する。

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