論文の概要: GadIR: A Spatial-Topology Preserving Compiler for Quantum Many-Body Systems Simulation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.01771v1
• Date: Tue, 01 Sep 2026 18:42:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-03 17:53:17.862478
• Title: GadIR: A Spatial-Topology Preserving Compiler for Quantum Many-Body Systems Simulation
• Title（参考訳）: GadIR: 量子多体系シミュレーションのための空間位相保存コンパイラ
• Abstract要約: 量子多体シミュレーションのための空間位相保存コンパイラを提案する。 パウリガジェットをハミルトニアンの表現として使用し、元の物理モデルの空間位相情報を保存する。 コンパイラバックエンドは、Pauliガジェット上でトロッタライズとスケジューリングを行い、その後、Pauliガジェットをハードウェアネイティブな量子プログラムに合成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 36.60979754972173
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Simulating quantum many-body systems has been one of the most important applications of quantum computation. For simulation, the Hamiltonian of a physical system is compiled into quantum programs with native instructions for quantum hardware. In previous works, the Hamiltonian is represented as Pauli strings, then compiled and optimized based on the quantum circuit model. Such representation paradigm neglects the spatial topology of original physical models, which is vital information to reducing the overhead of compiling many-body systems Hamiltonians. To address such neglect, we introduce a spatial-topology preserving compiler for quantum many-body simulation. Using Pauli gadgets as the representations of the Hamiltonian, we introduce our intermediate representation -- GadIR, to preserve the spatial-topology information of original physical models. Our compiler frontend performs the group reduction algorithm based on Pauli gadget model, which is a hardware-independent optimization. Our compiler backend performs trotterization and scheduling on Pauli gadgets, then synthesizes the Pauli gadgets into hardware-native quantum programs. We evaluate our compiler on all the canonical quantum many-body system models, while achieving a significant reduction on compilation overhead regarding four major quantum architectures. Overall, our spatial-topology preserving IR exploits the compilation optimization space for quantum many-body systems Hamiltonian.
• Abstract（参考訳）: 量子多体系のシミュレーションは、量子計算の最も重要な応用の1つである。 シミュレーションでは、物理系のハミルトニアンは量子ハードウェアのネイティブ命令を持つ量子プログラムにコンパイルされる。 以前の研究では、ハミルトニアンはパウリ弦として表現され、量子回路モデルに基づいてコンパイルされ、最適化される。 このような表現のパラダイムは、多くの体系をハミルトニアンにコンパイルするオーバーヘッドを減らすために重要な情報であるオリジナルの物理モデルの空間トポロジーを無視している。 このような無視に対処するために、量子多体シミュレーションのための空間位相保存コンパイラを導入する。 パウリガジェットをハミルトニアンの表現として使用し、元の物理モデルの空間トポロジー情報を保存するために、我々の中間表現であるGadIRを導入する。 コンパイラフロントエンドは,ハードウェアに依存しない最適化であるPauliガジェットモデルに基づくグループ削減アルゴリズムを実行する。 コンパイラバックエンドは、Pauliガジェット上でトロッタライズとスケジューリングを行い、その後、Pauliガジェットをハードウェアネイティブな量子プログラムに合成する。 我々は,4つの主要な量子アーキテクチャに関するコンパイルオーバーヘッドを大幅に削減しつつ,すべての標準量子多体システムモデル上でコンパイラを評価した。 全体として、我々の空間位相保存IRは、量子多体系のハミルトニアンに対するコンパイル最適化空間を利用する。

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