LQCDMaster: 격자 양자 색역학 연구를 위한 지능형 과학 컴퓨팅 도구

LQCDMaster: Agentic Scientific Computing for Lattice Quantum Chromodynamics Research

격자 양자 색역학(LQCD)은 강입자 관측 가능량을 계산하는 데 필요한 기본 원리를 제공하지만, 실제 활용에는 상당한 전문성이 필요하며, 이는 연구 목표를 신뢰할 수 있는 계산 워크플로우로 전환하는 데 어려움을 초래합니다. 본 논문에서는 extsc{LQCDMaster}라는 도구를 소개합니다. 이 도구는 자연어 기반의 LQCD 연구 과제를 실행 가능한 PyQUDA 계산 워크플로우로 변환하는 지능형 과학 컴퓨팅 에이전트입니다. 여기에는 측정 스크립트, 작업 제출 파일, 실행 로그 및 수치 결과가 포함됩니다. 이 시스템은 지능적인 계획, 전문가가 제공한 LQCD 기술, 그리고 코드 생성 과정에서 발생하는 대수적 불안정성을 제어하기 위한 결정론적 윅 축소 도구를 결합합니다. extsc{LQCDMaster}를 과학 연구의 최전선에 있는 70개의 LQCD 계산 과제를 포함하는 벤치마크 데이터 세트에 대해 평가했습니다. 이 벤치마크는 국소 및 비국소 두 점 함수, 윌슨 루프, 중간자와 바리온의 세 점 함수 등을 다룹니다. 생성된 워크플로우는 전문가가 작성한 구현과 정확히 동일한 결과를 70개 과제 중 63개에서 기계 정밀도로 재현했습니다. 나머지 3개의 불일치는 규칙(convention)의 차이로 인한 것입니다. 대표적인 관측 가능량에 대해, 이 에이전트는 구현 시간을 수 시간에서 몇 분으로 단축하면서 전체적인 수치 검증을 유지합니다. 또한, extsc{LQCDMaster}를 사용하여 수행한 탐색 사례인 '대각 윌슨 라인을 갖는 광선 분포 진폭'의 격자 계산(표준 방법으로는 가능하지만 이전에 계산된 적이 없는 양)과 양성, 중수소, 삼중수소, 하이퍼온, 하이퍼중수소 및 하이퍼삼중수소의 스펙트럼 계산 결과를 제시합니다. 본 연구는 LQCD 연구에서 전체 과학 컴퓨팅 워크플로우를 자동화하여 진입 장벽을 낮추고, 비표준적인 과학적 아이디어의 탐구와 검증을 용이하게 하는 지능형 과학 컴퓨팅의 새로운 패러다임을 제시합니다.

Lattice quantum chromodynamics (LQCD) provides a first-principles framework for computing hadronic observables, but its practical use remains limited by the substantial expertise required to turn research motivation into reliable computing workflows. Here we present \textsc{LQCDMaster}, a tool-augmented, skill-guided and domain-specialized scientific computing agent that converts natural-language LQCD research tasks into executable PyQUDA computing workflows, including measurement scripts, job-submission artifacts, execution logs and numerical outputs. The system combines agentic planning, expert-annotated LQCD skills and a deterministic Wick-contraction tool to constrain the algebraically fragile components of code generation. We evaluate \textsc{LQCDMaster} on a benchmark at the forefront of scientific research, comprising 70 LQCD computing tasks, with observables covering local and nonlocal two-point functions, Wilson loops, meson and baryon three-point functions. The generated workflows exactly reproduce expert-written implementations in 63 of 70 tasks at machine precision, with three additional discrepancies attributable to convention mismatches. Across representative observables, the agent reduces implementation time from hours to minutes while preserving end-to-end numerical validation. Further, we present a typical case of \textsc{LQCDMaster}-driven exploration: a lattice computation of light-cone distribution amplitudes with diagonal Wilson-line, a quantity accessible with standard methods but never before computed, and computation of the spectrum of proton, deuteron, triton, hyperon, hyperdeuteron and hypertriton. This work pioneers the paradigm of agentic scientific computing by automating the end-to-end scientific computing workflows in lattice QCD research, lowering its barrier and facilitating the exploration and verification of non-standard scientific ideas.