Make `PauliString` more efficient

[HaoTy]

Note

This issue is part of Unitary Hack 2026.

A few important notes:

1. You have to be registered to complete this issue.
2. The full rules are available here.
3. A particular attention will be given around AI-generated code. Please read unitaryHACK Hacker’s Guide to Ethical AI Contributions before submitting PRs using LLMs. Any PR that is considered by the maintainers to be against the rules will be closed.

A bottleneck to the constant factor of detector annotation is the implementation of the PauliString class. It's currently a dictionary mapping qubits to strings. Some of the frequently used methods, such as anticommutes() and collapse_by() should really just be XORs, but are currently an iterative process involving many dictionary lookups. There are also frequent conversions from/to stim.PauliString, causing overheads.

In principle, the class can be replaced/reimplemented by stim.PauliString, a numpy array, or simply a Python int representing a bit array, where the information about the qubits is stored in BoundaryStabilizer or handled in some other way.

The goal of this issue is to remove or improve the bottleneck due to the current implementation of PauliString.

---

Representative benchmark and data

Using the following circuit (obtained with stim.Circuit.generated and modified slightly to replace MR gates with split M and R gates):

Memory in Z basis for rotated surface code of distance 15

QUBIT_COORDS(1, 1) 1
QUBIT_COORDS(2, 0) 2
QUBIT_COORDS(3, 1) 3
QUBIT_COORDS(5, 1) 5
QUBIT_COORDS(6, 0) 6
QUBIT_COORDS(7, 1) 7
QUBIT_COORDS(9, 1) 9
QUBIT_COORDS(10, 0) 10
QUBIT_COORDS(11, 1) 11
QUBIT_COORDS(13, 1) 13
QUBIT_COORDS(14, 0) 14
QUBIT_COORDS(15, 1) 15
QUBIT_COORDS(17, 1) 17
QUBIT_COORDS(18, 0) 18
QUBIT_COORDS(19, 1) 19
QUBIT_COORDS(21, 1) 21
QUBIT_COORDS(22, 0) 22
QUBIT_COORDS(23, 1) 23
QUBIT_COORDS(25, 1) 25
QUBIT_COORDS(26, 0) 26
QUBIT_COORDS(27, 1) 27
QUBIT_COORDS(29, 1) 29
QUBIT_COORDS(1, 3) 32
QUBIT_COORDS(2, 2) 33
QUBIT_COORDS(3, 3) 34
QUBIT_COORDS(4, 2) 35
QUBIT_COORDS(5, 3) 36
QUBIT_COORDS(6, 2) 37
QUBIT_COORDS(7, 3) 38
QUBIT_COORDS(8, 2) 39
QUBIT_COORDS(9, 3) 40
QUBIT_COORDS(10, 2) 41
QUBIT_COORDS(11, 3) 42
QUBIT_COORDS(12, 2) 43
QUBIT_COORDS(13, 3) 44
QUBIT_COORDS(14, 2) 45
QUBIT_COORDS(15, 3) 46
QUBIT_COORDS(16, 2) 47
QUBIT_COORDS(17, 3) 48
QUBIT_COORDS(18, 2) 49
QUBIT_COORDS(19, 3) 50
QUBIT_COORDS(20, 2) 51
QUBIT_COORDS(21, 3) 52
QUBIT_COORDS(22, 2) 53
QUBIT_COORDS(23, 3) 54
QUBIT_COORDS(24, 2) 55
QUBIT_COORDS(25, 3) 56
QUBIT_COORDS(26, 2) 57
QUBIT_COORDS(27, 3) 58
QUBIT_COORDS(28, 2) 59
QUBIT_COORDS(29, 3) 60
QUBIT_COORDS(30, 2) 61
QUBIT_COORDS(0, 4) 62
QUBIT_COORDS(1, 5) 63
QUBIT_COORDS(2, 4) 64
QUBIT_COORDS(3, 5) 65
QUBIT_COORDS(4, 4) 66
QUBIT_COORDS(5, 5) 67
QUBIT_COORDS(6, 4) 68
QUBIT_COORDS(7, 5) 69
QUBIT_COORDS(8, 4) 70
QUBIT_COORDS(9, 5) 71
QUBIT_COORDS(10, 4) 72
QUBIT_COORDS(11, 5) 73
QUBIT_COORDS(12, 4) 74
QUBIT_COORDS(13, 5) 75
QUBIT_COORDS(14, 4) 76
QUBIT_COORDS(15, 5) 77
QUBIT_COORDS(16, 4) 78
QUBIT_COORDS(17, 5) 79
QUBIT_COORDS(18, 4) 80
QUBIT_COORDS(19, 5) 81
QUBIT_COORDS(20, 4) 82
QUBIT_COORDS(21, 5) 83
QUBIT_COORDS(22, 4) 84
QUBIT_COORDS(23, 5) 85
QUBIT_COORDS(24, 4) 86
QUBIT_COORDS(25, 5) 87
QUBIT_COORDS(26, 4) 88
QUBIT_COORDS(27, 5) 89
QUBIT_COORDS(28, 4) 90
QUBIT_COORDS(29, 5) 91
QUBIT_COORDS(1, 7) 94
QUBIT_COORDS(2, 6) 95
QUBIT_COORDS(3, 7) 96
QUBIT_COORDS(4, 6) 97
QUBIT_COORDS(5, 7) 98
QUBIT_COORDS(6, 6) 99
QUBIT_COORDS(7, 7) 100
QUBIT_COORDS(8, 6) 101
QUBIT_COORDS(9, 7) 102
QUBIT_COORDS(10, 6) 103
QUBIT_COORDS(11, 7) 104
QUBIT_COORDS(12, 6) 105
QUBIT_COORDS(13, 7) 106
QUBIT_COORDS(14, 6) 107
QUBIT_COORDS(15, 7) 108
QUBIT_COORDS(16, 6) 109
QUBIT_COORDS(17, 7) 110
QUBIT_COORDS(18, 6) 111
QUBIT_COORDS(19, 7) 112
QUBIT_COORDS(20, 6) 113
QUBIT_COORDS(21, 7) 114
QUBIT_COORDS(22, 6) 115
QUBIT_COORDS(23, 7) 116
QUBIT_COORDS(24, 6) 117
QUBIT_COORDS(25, 7) 118
QUBIT_COORDS(26, 6) 119
QUBIT_COORDS(27, 7) 120
QUBIT_COORDS(28, 6) 121
QUBIT_COORDS(29, 7) 122
QUBIT_COORDS(30, 6) 123
QUBIT_COORDS(0, 8) 124
QUBIT_COORDS(1, 9) 125
QUBIT_COORDS(2, 8) 126
QUBIT_COORDS(3, 9) 127
QUBIT_COORDS(4, 8) 128
QUBIT_COORDS(5, 9) 129
QUBIT_COORDS(6, 8) 130
QUBIT_COORDS(7, 9) 131
QUBIT_COORDS(8, 8) 132
QUBIT_COORDS(9, 9) 133
QUBIT_COORDS(10, 8) 134
QUBIT_COORDS(11, 9) 135
QUBIT_COORDS(12, 8) 136
QUBIT_COORDS(13, 9) 137
QUBIT_COORDS(14, 8) 138
QUBIT_COORDS(15, 9) 139
QUBIT_COORDS(16, 8) 140
QUBIT_COORDS(17, 9) 141
QUBIT_COORDS(18, 8) 142
QUBIT_COORDS(19, 9) 143
QUBIT_COORDS(20, 8) 144
QUBIT_COORDS(21, 9) 145
QUBIT_COORDS(22, 8) 146
QUBIT_COORDS(23, 9) 147
QUBIT_COORDS(24, 8) 148
QUBIT_COORDS(25, 9) 149
QUBIT_COORDS(26, 8) 150
QUBIT_COORDS(27, 9) 151
QUBIT_COORDS(28, 8) 152
QUBIT_COORDS(29, 9) 153
QUBIT_COORDS(1, 11) 156
QUBIT_COORDS(2, 10) 157
QUBIT_COORDS(3, 11) 158
QUBIT_COORDS(4, 10) 159
QUBIT_COORDS(5, 11) 160
QUBIT_COORDS(6, 10) 161
QUBIT_COORDS(7, 11) 162
QUBIT_COORDS(8, 10) 163
QUBIT_COORDS(9, 11) 164
QUBIT_COORDS(10, 10) 165
QUBIT_COORDS(11, 11) 166
QUBIT_COORDS(12, 10) 167
QUBIT_COORDS(13, 11) 168
QUBIT_COORDS(14, 10) 169
QUBIT_COORDS(15, 11) 170
QUBIT_COORDS(16, 10) 171
QUBIT_COORDS(17, 11) 172
QUBIT_COORDS(18, 10) 173
QUBIT_COORDS(19, 11) 174
QUBIT_COORDS(20, 10) 175
QUBIT_COORDS(21, 11) 176
QUBIT_COORDS(22, 10) 177
QUBIT_COORDS(23, 11) 178
QUBIT_COORDS(24, 10) 179
QUBIT_COORDS(25, 11) 180
QUBIT_COORDS(26, 10) 181
QUBIT_COORDS(27, 11) 182
QUBIT_COORDS(28, 10) 183
QUBIT_COORDS(29, 11) 184
QUBIT_COORDS(30, 10) 185
QUBIT_COORDS(0, 12) 186
QUBIT_COORDS(1, 13) 187
QUBIT_COORDS(2, 12) 188
QUBIT_COORDS(3, 13) 189
QUBIT_COORDS(4, 12) 190
QUBIT_COORDS(5, 13) 191
QUBIT_COORDS(6, 12) 192
QUBIT_COORDS(7, 13) 193
QUBIT_COORDS(8, 12) 194
QUBIT_COORDS(9, 13) 195
QUBIT_COORDS(10, 12) 196
QUBIT_COORDS(11, 13) 197
QUBIT_COORDS(12, 12) 198
QUBIT_COORDS(13, 13) 199
QUBIT_COORDS(14, 12) 200
QUBIT_COORDS(15, 13) 201
QUBIT_COORDS(16, 12) 202
QUBIT_COORDS(17, 13) 203
QUBIT_COORDS(18, 12) 204
QUBIT_COORDS(19, 13) 205
QUBIT_COORDS(20, 12) 206
QUBIT_COORDS(21, 13) 207
QUBIT_COORDS(22, 12) 208
QUBIT_COORDS(23, 13) 209
QUBIT_COORDS(24, 12) 210
QUBIT_COORDS(25, 13) 211
QUBIT_COORDS(26, 12) 212
QUBIT_COORDS(27, 13) 213
QUBIT_COORDS(28, 12) 214
QUBIT_COORDS(29, 13) 215
QUBIT_COORDS(1, 15) 218
QUBIT_COORDS(2, 14) 219
QUBIT_COORDS(3, 15) 220
QUBIT_COORDS(4, 14) 221
QUBIT_COORDS(5, 15) 222
QUBIT_COORDS(6, 14) 223
QUBIT_COORDS(7, 15) 224
QUBIT_COORDS(8, 14) 225
QUBIT_COORDS(9, 15) 226
QUBIT_COORDS(10, 14) 227
QUBIT_COORDS(11, 15) 228
QUBIT_COORDS(12, 14) 229
QUBIT_COORDS(13, 15) 230
QUBIT_COORDS(14, 14) 231
QUBIT_COORDS(15, 15) 232
QUBIT_COORDS(16, 14) 233
QUBIT_COORDS(17, 15) 234
QUBIT_COORDS(18, 14) 235
QUBIT_COORDS(19, 15) 236
QUBIT_COORDS(20, 14) 237
QUBIT_COORDS(21, 15) 238
QUBIT_COORDS(22, 14) 239
QUBIT_COORDS(23, 15) 240
QUBIT_COORDS(24, 14) 241
QUBIT_COORDS(25, 15) 242
QUBIT_COORDS(26, 14) 243
QUBIT_COORDS(27, 15) 244
QUBIT_COORDS(28, 14) 245
QUBIT_COORDS(29, 15) 246
QUBIT_COORDS(30, 14) 247
QUBIT_COORDS(0, 16) 248
QUBIT_COORDS(1, 17) 249
QUBIT_COORDS(2, 16) 250
QUBIT_COORDS(3, 17) 251
QUBIT_COORDS(4, 16) 252
QUBIT_COORDS(5, 17) 253
QUBIT_COORDS(6, 16) 254
QUBIT_COORDS(7, 17) 255
QUBIT_COORDS(8, 16) 256
QUBIT_COORDS(9, 17) 257
QUBIT_COORDS(10, 16) 258
QUBIT_COORDS(11, 17) 259
QUBIT_COORDS(12, 16) 260
QUBIT_COORDS(13, 17) 261
QUBIT_COORDS(14, 16) 262
QUBIT_COORDS(15, 17) 263
QUBIT_COORDS(16, 16) 264
QUBIT_COORDS(17, 17) 265
QUBIT_COORDS(18, 16) 266
QUBIT_COORDS(19, 17) 267
QUBIT_COORDS(20, 16) 268
QUBIT_COORDS(21, 17) 269
QUBIT_COORDS(22, 16) 270
QUBIT_COORDS(23, 17) 271
QUBIT_COORDS(24, 16) 272
QUBIT_COORDS(25, 17) 273
QUBIT_COORDS(26, 16) 274
QUBIT_COORDS(27, 17) 275
QUBIT_COORDS(28, 16) 276
QUBIT_COORDS(29, 17) 277
QUBIT_COORDS(1, 19) 280
QUBIT_COORDS(2, 18) 281
QUBIT_COORDS(3, 19) 282
QUBIT_COORDS(4, 18) 283
QUBIT_COORDS(5, 19) 284
QUBIT_COORDS(6, 18) 285
QUBIT_COORDS(7, 19) 286
QUBIT_COORDS(8, 18) 287
QUBIT_COORDS(9, 19) 288
QUBIT_COORDS(10, 18) 289
QUBIT_COORDS(11, 19) 290
QUBIT_COORDS(12, 18) 291
QUBIT_COORDS(13, 19) 292
QUBIT_COORDS(14, 18) 293
QUBIT_COORDS(15, 19) 294
QUBIT_COORDS(16, 18) 295
QUBIT_COORDS(17, 19) 296
QUBIT_COORDS(18, 18) 297
QUBIT_COORDS(19, 19) 298
QUBIT_COORDS(20, 18) 299
QUBIT_COORDS(21, 19) 300
QUBIT_COORDS(22, 18) 301
QUBIT_COORDS(23, 19) 302
QUBIT_COORDS(24, 18) 303
QUBIT_COORDS(25, 19) 304
QUBIT_COORDS(26, 18) 305
QUBIT_COORDS(27, 19) 306
QUBIT_COORDS(28, 18) 307
QUBIT_COORDS(29, 19) 308
QUBIT_COORDS(30, 18) 309
QUBIT_COORDS(0, 20) 310
QUBIT_COORDS(1, 21) 311
QUBIT_COORDS(2, 20) 312
QUBIT_COORDS(3, 21) 313
QUBIT_COORDS(4, 20) 314
QUBIT_COORDS(5, 21) 315
QUBIT_COORDS(6, 20) 316
QUBIT_COORDS(7, 21) 317
QUBIT_COORDS(8, 20) 318
QUBIT_COORDS(9, 21) 319
QUBIT_COORDS(10, 20) 320
QUBIT_COORDS(11, 21) 321
QUBIT_COORDS(12, 20) 322
QUBIT_COORDS(13, 21) 323
QUBIT_COORDS(14, 20) 324
QUBIT_COORDS(15, 21) 325
QUBIT_COORDS(16, 20) 326
QUBIT_COORDS(17, 21) 327
QUBIT_COORDS(18, 20) 328
QUBIT_COORDS(19, 21) 329
QUBIT_COORDS(20, 20) 330
QUBIT_COORDS(21, 21) 331
QUBIT_COORDS(22, 20) 332
QUBIT_COORDS(23, 21) 333
QUBIT_COORDS(24, 20) 334
QUBIT_COORDS(25, 21) 335
QUBIT_COORDS(26, 20) 336
QUBIT_COORDS(27, 21) 337
QUBIT_COORDS(28, 20) 338
QUBIT_COORDS(29, 21) 339
QUBIT_COORDS(1, 23) 342
QUBIT_COORDS(2, 22) 343
QUBIT_COORDS(3, 23) 344
QUBIT_COORDS(4, 22) 345
QUBIT_COORDS(5, 23) 346
QUBIT_COORDS(6, 22) 347
QUBIT_COORDS(7, 23) 348
QUBIT_COORDS(8, 22) 349
QUBIT_COORDS(9, 23) 350
QUBIT_COORDS(10, 22) 351
QUBIT_COORDS(11, 23) 352
QUBIT_COORDS(12, 22) 353
QUBIT_COORDS(13, 23) 354
QUBIT_COORDS(14, 22) 355
QUBIT_COORDS(15, 23) 356
QUBIT_COORDS(16, 22) 357
QUBIT_COORDS(17, 23) 358
QUBIT_COORDS(18, 22) 359
QUBIT_COORDS(19, 23) 360
QUBIT_COORDS(20, 22) 361
QUBIT_COORDS(21, 23) 362
QUBIT_COORDS(22, 22) 363
QUBIT_COORDS(23, 23) 364
QUBIT_COORDS(24, 22) 365
QUBIT_COORDS(25, 23) 366
QUBIT_COORDS(26, 22) 367
QUBIT_COORDS(27, 23) 368
QUBIT_COORDS(28, 22) 369
QUBIT_COORDS(29, 23) 370
QUBIT_COORDS(30, 22) 371
QUBIT_COORDS(0, 24) 372
QUBIT_COORDS(1, 25) 373
QUBIT_COORDS(2, 24) 374
QUBIT_COORDS(3, 25) 375
QUBIT_COORDS(4, 24) 376
QUBIT_COORDS(5, 25) 377
QUBIT_COORDS(6, 24) 378
QUBIT_COORDS(7, 25) 379
QUBIT_COORDS(8, 24) 380
QUBIT_COORDS(9, 25) 381
QUBIT_COORDS(10, 24) 382
QUBIT_COORDS(11, 25) 383
QUBIT_COORDS(12, 24) 384
QUBIT_COORDS(13, 25) 385
QUBIT_COORDS(14, 24) 386
QUBIT_COORDS(15, 25) 387
QUBIT_COORDS(16, 24) 388
QUBIT_COORDS(17, 25) 389
QUBIT_COORDS(18, 24) 390
QUBIT_COORDS(19, 25) 391
QUBIT_COORDS(20, 24) 392
QUBIT_COORDS(21, 25) 393
QUBIT_COORDS(22, 24) 394
QUBIT_COORDS(23, 25) 395
QUBIT_COORDS(24, 24) 396
QUBIT_COORDS(25, 25) 397
QUBIT_COORDS(26, 24) 398
QUBIT_COORDS(27, 25) 399
QUBIT_COORDS(28, 24) 400
QUBIT_COORDS(29, 25) 401
QUBIT_COORDS(1, 27) 404
QUBIT_COORDS(2, 26) 405
QUBIT_COORDS(3, 27) 406
QUBIT_COORDS(4, 26) 407
QUBIT_COORDS(5, 27) 408
QUBIT_COORDS(6, 26) 409
QUBIT_COORDS(7, 27) 410
QUBIT_COORDS(8, 26) 411
QUBIT_COORDS(9, 27) 412
QUBIT_COORDS(10, 26) 413
QUBIT_COORDS(11, 27) 414
QUBIT_COORDS(12, 26) 415
QUBIT_COORDS(13, 27) 416
QUBIT_COORDS(14, 26) 417
QUBIT_COORDS(15, 27) 418
QUBIT_COORDS(16, 26) 419
QUBIT_COORDS(17, 27) 420
QUBIT_COORDS(18, 26) 421
QUBIT_COORDS(19, 27) 422
QUBIT_COORDS(20, 26) 423
QUBIT_COORDS(21, 27) 424
QUBIT_COORDS(22, 26) 425
QUBIT_COORDS(23, 27) 426
QUBIT_COORDS(24, 26) 427
QUBIT_COORDS(25, 27) 428
QUBIT_COORDS(26, 26) 429
QUBIT_COORDS(27, 27) 430
QUBIT_COORDS(28, 26) 431
QUBIT_COORDS(29, 27) 432
QUBIT_COORDS(30, 26) 433
QUBIT_COORDS(0, 28) 434
QUBIT_COORDS(1, 29) 435
QUBIT_COORDS(2, 28) 436
QUBIT_COORDS(3, 29) 437
QUBIT_COORDS(4, 28) 438
QUBIT_COORDS(5, 29) 439
QUBIT_COORDS(6, 28) 440
QUBIT_COORDS(7, 29) 441
QUBIT_COORDS(8, 28) 442
QUBIT_COORDS(9, 29) 443
QUBIT_COORDS(10, 28) 444
QUBIT_COORDS(11, 29) 445
QUBIT_COORDS(12, 28) 446
QUBIT_COORDS(13, 29) 447
QUBIT_COORDS(14, 28) 448
QUBIT_COORDS(15, 29) 449
QUBIT_COORDS(16, 28) 450
QUBIT_COORDS(17, 29) 451
QUBIT_COORDS(18, 28) 452
QUBIT_COORDS(19, 29) 453
QUBIT_COORDS(20, 28) 454
QUBIT_COORDS(21, 29) 455
QUBIT_COORDS(22, 28) 456
QUBIT_COORDS(23, 29) 457
QUBIT_COORDS(24, 28) 458
QUBIT_COORDS(25, 29) 459
QUBIT_COORDS(26, 28) 460
QUBIT_COORDS(27, 29) 461
QUBIT_COORDS(28, 28) 462
QUBIT_COORDS(29, 29) 463
QUBIT_COORDS(4, 30) 469
QUBIT_COORDS(8, 30) 473
QUBIT_COORDS(12, 30) 477
QUBIT_COORDS(16, 30) 481
QUBIT_COORDS(20, 30) 485
QUBIT_COORDS(24, 30) 489
QUBIT_COORDS(28, 30) 493
R 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 125 127 129 131 133 135 137 139 141 143 145 147 149 151 153 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 176 178 180 182 184 187 189 191 193 195 197 199 201 203 205 207 209 211 213 215 218 220 222 224 226 228 230 232 234 236 238 240 242 244 246 249 251 253 255 257 259 261 263 265 267 269 271 273 275 277 280 282 284 286 288 290 292 294 296 298 300 302 304 306 308 311 313 315 317 319 321 323 325 327 329 331 333 335 337 339 342 344 346 348 350 352 354 356 358 360 362 364 366 368 370 373 375 377 379 381 383 385 387 389 391 393 395 397 399 401 404 406 408 410 412 414 416 418 420 422 424 426 428 430 432 435 437 439 441 443 445 447 449 451 453 455 457 459 461 463 2 6 10 14 18 22 26 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 95 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121 123 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 148 150 152 157 159 161 163 165 167 169 171 173 175 177 179 181 183 185 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 219 221 223 225 227 229 231 233 235 237 239 241 243 245 247 248 250 252 254 256 258 260 262 264 266 268 270 272 274 276 281 283 285 287 289 291 293 295 297 299 301 303 305 307 309 310 312 314 316 318 320 322 324 326 328 330 332 334 336 338 343 345 347 349 351 353 355 357 359 361 363 365 367 369 371 372 374 376 378 380 382 384 386 388 390 392 394 396 398 400 405 407 409 411 413 415 417 419 421 423 425 427 429 431 433 434 436 438 440 442 444 446 448 450 452 454 456 458 460 462 469 473 477 481 485 489 493
TICK
H 2 6 10 14 18 22 26 35 39 43 47 51 55 59 64 68 72 76 80 84 88 97 101 105 109 113 117 121 126 130 134 138 142 146 150 159 163 167 171 175 179 183 188 192 196 200 204 208 212 221 225 229 233 237 241 245 250 254 258 262 266 270 274 283 287 291 295 299 303 307 312 316 320 324 328 332 336 345 349 353 357 361 365 369 374 378 382 386 390 394 398 407 411 415 419 423 427 431 436 440 444 448 452 456 460 469 473 477 481 485 489 493
TICK
CX 2 3 64 65 126 127 188 189 250 251 312 313 374 375 436 437 35 36 97 98 159 160 221 222 283 284 345 346 407 408 6 7 68 69 130 131 192 193 254 255 316 317 378 379 440 441 39 40 101 102 163 164 225 226 287 288 349 350 411 412 10 11 72 73 134 135 196 197 258 259 320 321 382 383 444 445 43 44 105 106 167 168 229 230 291 292 353 354 415 416 14 15 76 77 138 139 200 201 262 263 324 325 386 387 448 449 47 48 109 110 171 172 233 234 295 296 357 358 419 420 18 19 80 81 142 143 204 205 266 267 328 329 390 391 452 453 51 52 113 114 175 176 237 238 299 300 361 362 423 424 22 23 84 85 146 147 208 209 270 271 332 333 394 395 456 457 55 56 117 118 179 180 241 242 303 304 365 366 427 428 26 27 88 89 150 151 212 213 274 275 336 337 398 399 460 461 59 60 121 122 183 184 245 246 307 308 369 370 431 432 63 62 125 124 187 186 249 248 311 310 373 372 435 434 34 33 96 95 158 157 220 219 282 281 344 343 406 405 67 66 129 128 191 190 253 252 315 314 377 376 439 438 38 37 100 99 162 161 224 223 286 285 348 347 410 409 71 70 133 132 195 194 257 256 319 318 381 380 443 442 42 41 104 103 166 165 228 227 290 289 352 351 414 413 75 74 137 136 199 198 261 260 323 322 385 384 447 446 46 45 108 107 170 169 232 231 294 293 356 355 418 417 79 78 141 140 203 202 265 264 327 326 389 388 451 450 50 49 112 111 174 173 236 235 298 297 360 359 422 421 83 82 145 144 207 206 269 268 331 330 393 392 455 454 54 53 116 115 178 177 240 239 302 301 364 363 426 425 87 86 149 148 211 210 273 272 335 334 397 396 459 458 58 57 120 119 182 181 244 243 306 305 368 367 430 429 91 90 153 152 215 214 277 276 339 338 401 400 463 462
TICK
CX 2 1 64 63 126 125 188 187 250 249 312 311 374 373 436 435 35 34 97 96 159 158 221 220 283 282 345 344 407 406 6 5 68 67 130 129 192 191 254 253 316 315 378 377 440 439 39 38 101 100 163 162 225 224 287 286 349 348 411 410 10 9 72 71 134 133 196 195 258 257 320 319 382 381 444 443 43 42 105 104 167 166 229 228 291 290 353 352 415 414 14 13 76 75 138 137 200 199 262 261 324 323 386 385 448 447 47 46 109 108 171 170 233 232 295 294 357 356 419 418 18 17 80 79 142 141 204 203 266 265 328 327 390 389 452 451 51 50 113 112 175 174 237 236 299 298 361 360 423 422 22 21 84 83 146 145 208 207 270 269 332 331 394 393 456 455 55 54 117 116 179 178 241 240 303 302 365 364 427 426 26 25 88 87 150 149 212 211 274 273 336 335 398 397 460 459 59 58 121 120 183 182 245 244 307 306 369 368 431 430 32 62 94 124 156 186 218 248 280 310 342 372 404 434 3 33 65 95 127 157 189 219 251 281 313 343 375 405 36 66 98 128 160 190 222 252 284 314 346 376 408 438 7 37 69 99 131 161 193 223 255 285 317 347 379 409 40 70 102 132 164 194 226 256 288 318 350 380 412 442 11 41 73 103 135 165 197 227 259 289 321 351 383 413 44 74 106 136 168 198 230 260 292 322 354 384 416 446 15 45 77 107 139 169 201 231 263 293 325 355 387 417 48 78 110 140 172 202 234 264 296 326 358 388 420 450 19 49 81 111 143 173 205 235 267 297 329 359 391 421 52 82 114 144 176 206 238 268 300 330 362 392 424 454 23 53 85 115 147 177 209 239 271 301 333 363 395 425 56 86 118 148 180 210 242 272 304 334 366 396 428 458 27 57 89 119 151 181 213 243 275 305 337 367 399 429 60 90 122 152 184 214 246 276 308 338 370 400 432 462
TICK
CX 64 34 126 96 188 158 250 220 312 282 374 344 436 406 35 5 97 67 159 129 221 191 283 253 345 315 407 377 469 439 68 38 130 100 192 162 254 224 316 286 378 348 440 410 39 9 101 71 163 133 225 195 287 257 349 319 411 381 473 443 72 42 134 104 196 166 258 228 320 290 382 352 444 414 43 13 105 75 167 137 229 199 291 261 353 323 415 385 477 447 76 46 138 108 200 170 262 232 324 294 386 356 448 418 47 17 109 79 171 141 233 203 295 265 357 327 419 389 481 451 80 50 142 112 204 174 266 236 328 298 390 360 452 422 51 21 113 83 175 145 237 207 299 269 361 331 423 393 485 455 84 54 146 116 208 178 270 240 332 302 394 364 456 426 55 25 117 87 179 149 241 211 303 273 365 335 427 397 489 459 88 58 150 120 212 182 274 244 336 306 398 368 460 430 59 29 121 91 183 153 245 215 307 277 369 339 431 401 493 463 32 33 94 95 156 157 218 219 280 281 342 343 404 405 65 66 127 128 189 190 251 252 313 314 375 376 437 438 36 37 98 99 160 161 222 223 284 285 346 347 408 409 69 70 131 132 193 194 255 256 317 318 379 380 441 442 40 41 102 103 164 165 226 227 288 289 350 351 412 413 73 74 135 136 197 198 259 260 321 322 383 384 445 446 44 45 106 107 168 169 230 231 292 293 354 355 416 417 77 78 139 140 201 202 263 264 325 326 387 388 449 450 48 49 110 111 172 173 234 235 296 297 358 359 420 421 81 82 143 144 205 206 267 268 329 330 391 392 453 454 52 53 114 115 176 177 238 239 300 301 362 363 424 425 85 86 147 148 209 210 271 272 333 334 395 396 457 458 56 57 118 119 180 181 242 243 304 305 366 367 428 429 89 90 151 152 213 214 275 276 337 338 399 400 461 462 60 61 122 123 184 185 246 247 308 309 370 371 432 433
TICK
CX 64 32 126 94 188 156 250 218 312 280 374 342 436 404 35 3 97 65 159 127 221 189 283 251 345 313 407 375 469 437 68 36 130 98 192 160 254 222 316 284 378 346 440 408 39 7 101 69 163 131 225 193 287 255 349 317 411 379 473 441 72 40 134 102 196 164 258 226 320 288 382 350 444 412 43 11 105 73 167 135 229 197 291 259 353 321 415 383 477 445 76 44 138 106 200 168 262 230 324 292 386 354 448 416 47 15 109 77 171 139 233 201 295 263 357 325 419 387 481 449 80 48 142 110 204 172 266 234 328 296 390 358 452 420 51 19 113 81 175 143 237 205 299 267 361 329 423 391 485 453 84 52 146 114 208 176 270 238 332 300 394 362 456 424 55 23 117 85 179 147 241 209 303 271 365 333 427 395 489 457 88 56 150 118 212 180 274 242 336 304 398 366 460 428 59 27 121 89 183 151 245 213 307 275 369 337 431 399 493 461 1 33 63 95 125 157 187 219 249 281 311 343 373 405 34 66 96 128 158 190 220 252 282 314 344 376 406 438 5 37 67 99 129 161 191 223 253 285 315 347 377 409 38 70 100 132 162 194 224 256 286 318 348 380 410 442 9 41 71 103 133 165 195 227 257 289 319 351 381 413 42 74 104 136 166 198 228 260 290 322 352 384 414 446 13 45 75 107 137 169 199 231 261 293 323 355 385 417 46 78 108 140 170 202 232 264 294 326 356 388 418 450 17 49 79 111 141 173 203 235 265 297 327 359 389 421 50 82 112 144 174 206 236 268 298 330 360 392 422 454 21 53 83 115 145 177 207 239 269 301 331 363 393 425 54 86 116 148 178 210 240 272 302 334 364 396 426 458 25 57 87 119 149 181 211 243 273 305 335 367 397 429 58 90 120 152 182 214 244 276 306 338 368 400 430 462 29 61 91 123 153 185 215 247 277 309 339 371 401 433
TICK
H 2 6 10 14 18 22 26 35 39 43 47 51 55 59 64 68 72 76 80 84 88 97 101 105 109 113 117 121 126 130 134 138 142 146 150 159 163 167 171 175 179 183 188 192 196 200 204 208 212 221 225 229 233 237 241 245 250 254 258 262 266 270 274 283 287 291 295 299 303 307 312 316 320 324 328 332 336 345 349 353 357 361 365 369 374 378 382 386 390 394 398 407 411 415 419 423 427 431 436 440 444 448 452 456 460 469 473 477 481 485 489 493
TICK
M 2 6 10 14 18 22 26 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 95 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121 123 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 148 150 152 157 159 161 163 165 167 169 171 173 175 177 179 181 183 185 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 219 221 223 225 227 229 231 233 235 237 239 241 243 245 247 248 250 252 254 256 258 260 262 264 266 268 270 272 274 276 281 283 285 287 289 291 293 295 297 299 301 303 305 307 309 310 312 314 316 318 320 322 324 326 328 330 332 334 336 338 343 345 347 349 351 353 355 357 359 361 363 365 367 369 371 372 374 376 378 380 382 384 386 388 390 392 394 396 398 400 405 407 409 411 413 415 417 419 421 423 425 427 429 431 433 434 436 438 440 442 444 446 448 450 452 454 456 458 460 462 469 473 477 481 485 489 493
REPEAT 14 {
    TICK
    R 2 6 10 14 18 22 26 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 95 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121 123 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 148 150 152 157 159 161 163 165 167 169 171 173 175 177 179 181 183 185 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 219 221 223 225 227 229 231 233 235 237 239 241 243 245 247 248 250 252 254 256 258 260 262 264 266 268 270 272 274 276 281 283 285 287 289 291 293 295 297 299 301 303 305 307 309 310 312 314 316 318 320 322 324 326 328 330 332 334 336 338 343 345 347 349 351 353 355 357 359 361 363 365 367 369 371 372 374 376 378 380 382 384 386 388 390 392 394 396 398 400 405 407 409 411 413 415 417 419 421 423 425 427 429 431 433 434 436 438 440 442 444 446 448 450 452 454 456 458 460 462 469 473 477 481 485 489 493
    TICK
    H 2 6 10 14 18 22 26 35 39 43 47 51 55 59 64 68 72 76 80 84 88 97 101 105 109 113 117 121 126 130 134 138 142 146 150 159 163 167 171 175 179 183 188 192 196 200 204 208 212 221 225 229 233 237 241 245 250 254 258 262 266 270 274 283 287 291 295 299 303 307 312 316 320 324 328 332 336 345 349 353 357 361 365 369 374 378 382 386 390 394 398 407 411 415 419 423 427 431 436 440 444 448 452 456 460 469 473 477 481 485 489 493
    TICK
    CX 2 3 64 65 126 127 188 189 250 251 312 313 374 375 436 437 35 36 97 98 159 160 221 222 283 284 345 346 407 408 6 7 68 69 130 131 192 193 254 255 316 317 378 379 440 441 39 40 101 102 163 164 225 226 287 288 349 350 411 412 10 11 72 73 134 135 196 197 258 259 320 321 382 383 444 445 43 44 105 106 167 168 229 230 291 292 353 354 415 416 14 15 76 77 138 139 200 201 262 263 324 325 386 387 448 449 47 48 109 110 171 172 233 234 295 296 357 358 419 420 18 19 80 81 142 143 204 205 266 267 328 329 390 391 452 453 51 52 113 114 175 176 237 238 299 300 361 362 423 424 22 23 84 85 146 147 208 209 270 271 332 333 394 395 456 457 55 56 117 118 179 180 241 242 303 304 365 366 427 428 26 27 88 89 150 151 212 213 274 275 336 337 398 399 460 461 59 60 121 122 183 184 245 246 307 308 369 370 431 432 63 62 125 124 187 186 249 248 311 310 373 372 435 434 34 33 96 95 158 157 220 219 282 281 344 343 406 405 67 66 129 128 191 190 253 252 315 314 377 376 439 438 38 37 100 99 162 161 224 223 286 285 348 347 410 409 71 70 133 132 195 194 257 256 319 318 381 380 443 442 42 41 104 103 166 165 228 227 290 289 352 351 414 413 75 74 137 136 199 198 261 260 323 322 385 384 447 446 46 45 108 107 170 169 232 231 294 293 356 355 418 417 79 78 141 140 203 202 265 264 327 326 389 388 451 450 50 49 112 111 174 173 236 235 298 297 360 359 422 421 83 82 145 144 207 206 269 268 331 330 393 392 455 454 54 53 116 115 178 177 240 239 302 301 364 363 426 425 87 86 149 148 211 210 273 272 335 334 397 396 459 458 58 57 120 119 182 181 244 243 306 305 368 367 430 429 91 90 153 152 215 214 277 276 339 338 401 400 463 462
    TICK
    CX 2 1 64 63 126 125 188 187 250 249 312 311 374 373 436 435 35 34 97 96 159 158 221 220 283 282 345 344 407 406 6 5 68 67 130 129 192 191 254 253 316 315 378 377 440 439 39 38 101 100 163 162 225 224 287 286 349 348 411 410 10 9 72 71 134 133 196 195 258 257 320 319 382 381 444 443 43 42 105 104 167 166 229 228 291 290 353 352 415 414 14 13 76 75 138 137 200 199 262 261 324 323 386 385 448 447 47 46 109 108 171 170 233 232 295 294 357 356 419 418 18 17 80 79 142 141 204 203 266 265 328 327 390 389 452 451 51 50 113 112 175 174 237 236 299 298 361 360 423 422 22 21 84 83 146 145 208 207 270 269 332 331 394 393 456 455 55 54 117 116 179 178 241 240 303 302 365 364 427 426 26 25 88 87 150 149 212 211 274 273 336 335 398 397 460 459 59 58 121 120 183 182 245 244 307 306 369 368 431 430 32 62 94 124 156 186 218 248 280 310 342 372 404 434 3 33 65 95 127 157 189 219 251 281 313 343 375 405 36 66 98 128 160 190 222 252 284 314 346 376 408 438 7 37 69 99 131 161 193 223 255 285 317 347 379 409 40 70 102 132 164 194 226 256 288 318 350 380 412 442 11 41 73 103 135 165 197 227 259 289 321 351 383 413 44 74 106 136 168 198 230 260 292 322 354 384 416 446 15 45 77 107 139 169 201 231 263 293 325 355 387 417 48 78 110 140 172 202 234 264 296 326 358 388 420 450 19 49 81 111 143 173 205 235 267 297 329 359 391 421 52 82 114 144 176 206 238 268 300 330 362 392 424 454 23 53 85 115 147 177 209 239 271 301 333 363 395 425 56 86 118 148 180 210 242 272 304 334 366 396 428 458 27 57 89 119 151 181 213 243 275 305 337 367 399 429 60 90 122 152 184 214 246 276 308 338 370 400 432 462
    TICK
    CX 64 34 126 96 188 158 250 220 312 282 374 344 436 406 35 5 97 67 159 129 221 191 283 253 345 315 407 377 469 439 68 38 130 100 192 162 254 224 316 286 378 348 440 410 39 9 101 71 163 133 225 195 287 257 349 319 411 381 473 443 72 42 134 104 196 166 258 228 320 290 382 352 444 414 43 13 105 75 167 137 229 199 291 261 353 323 415 385 477 447 76 46 138 108 200 170 262 232 324 294 386 356 448 418 47 17 109 79 171 141 233 203 295 265 357 327 419 389 481 451 80 50 142 112 204 174 266 236 328 298 390 360 452 422 51 21 113 83 175 145 237 207 299 269 361 331 423 393 485 455 84 54 146 116 208 178 270 240 332 302 394 364 456 426 55 25 117 87 179 149 241 211 303 273 365 335 427 397 489 459 88 58 150 120 212 182 274 244 336 306 398 368 460 430 59 29 121 91 183 153 245 215 307 277 369 339 431 401 493 463 32 33 94 95 156 157 218 219 280 281 342 343 404 405 65 66 127 128 189 190 251 252 313 314 375 376 437 438 36 37 98 99 160 161 222 223 284 285 346 347 408 409 69 70 131 132 193 194 255 256 317 318 379 380 441 442 40 41 102 103 164 165 226 227 288 289 350 351 412 413 73 74 135 136 197 198 259 260 321 322 383 384 445 446 44 45 106 107 168 169 230 231 292 293 354 355 416 417 77 78 139 140 201 202 263 264 325 326 387 388 449 450 48 49 110 111 172 173 234 235 296 297 358 359 420 421 81 82 143 144 205 206 267 268 329 330 391 392 453 454 52 53 114 115 176 177 238 239 300 301 362 363 424 425 85 86 147 148 209 210 271 272 333 334 395 396 457 458 56 57 118 119 180 181 242 243 304 305 366 367 428 429 89 90 151 152 213 214 275 276 337 338 399 400 461 462 60 61 122 123 184 185 246 247 308 309 370 371 432 433
    TICK
    CX 64 32 126 94 188 156 250 218 312 280 374 342 436 404 35 3 97 65 159 127 221 189 283 251 345 313 407 375 469 437 68 36 130 98 192 160 254 222 316 284 378 346 440 408 39 7 101 69 163 131 225 193 287 255 349 317 411 379 473 441 72 40 134 102 196 164 258 226 320 288 382 350 444 412 43 11 105 73 167 135 229 197 291 259 353 321 415 383 477 445 76 44 138 106 200 168 262 230 324 292 386 354 448 416 47 15 109 77 171 139 233 201 295 263 357 325 419 387 481 449 80 48 142 110 204 172 266 234 328 296 390 358 452 420 51 19 113 81 175 143 237 205 299 267 361 329 423 391 485 453 84 52 146 114 208 176 270 238 332 300 394 362 456 424 55 23 117 85 179 147 241 209 303 271 365 333 427 395 489 457 88 56 150 118 212 180 274 242 336 304 398 366 460 428 59 27 121 89 183 151 245 213 307 275 369 337 431 399 493 461 1 33 63 95 125 157 187 219 249 281 311 343 373 405 34 66 96 128 158 190 220 252 282 314 344 376 406 438 5 37 67 99 129 161 191 223 253 285 315 347 377 409 38 70 100 132 162 194 224 256 286 318 348 380 410 442 9 41 71 103 133 165 195 227 257 289 319 351 381 413 42 74 104 136 166 198 228 260 290 322 352 384 414 446 13 45 75 107 137 169 199 231 261 293 323 355 385 417 46 78 108 140 170 202 232 264 294 326 356 388 418 450 17 49 79 111 141 173 203 235 265 297 327 359 389 421 50 82 112 144 174 206 236 268 298 330 360 392 422 454 21 53 83 115 145 177 207 239 269 301 331 363 393 425 54 86 116 148 178 210 240 272 302 334 364 396 426 458 25 57 87 119 149 181 211 243 273 305 335 367 397 429 58 90 120 152 182 214 244 276 306 338 368 400 430 462 29 61 91 123 153 185 215 247 277 309 339 371 401 433
    TICK
    H 2 6 10 14 18 22 26 35 39 43 47 51 55 59 64 68 72 76 80 84 88 97 101 105 109 113 117 121 126 130 134 138 142 146 150 159 163 167 171 175 179 183 188 192 196 200 204 208 212 221 225 229 233 237 241 245 250 254 258 262 266 270 274 283 287 291 295 299 303 307 312 316 320 324 328 332 336 345 349 353 357 361 365 369 374 378 382 386 390 394 398 407 411 415 419 423 427 431 436 440 444 448 452 456 460 469 473 477 481 485 489 493
    TICK
    M 2 6 10 14 18 22 26 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 55 57 59 61 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 95 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121 123 124 126 128 130 132 134 136 138 140 142 144 146 148 150 152 157 159 161 163 165 167 169 171 173 175 177 179 181 183 185 186 188 190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210 212 214 219 221 223 225 227 229 231 233 235 237 239 241 243 245 247 248 250 252 254 256 258 260 262 264 266 268 270 272 274 276 281 283 285 287 289 291 293 295 297 299 301 303 305 307 309 310 312 314 316 318 320 322 324 326 328 330 332 334 336 338 343 345 347 349 351 353 355 357 359 361 363 365 367 369 371 372 374 376 378 380 382 384 386 388 390 392 394 396 398 400 405 407 409 411 413 415 417 419 421 423 425 427 429 431 433 434 436 438 440 442 444 446 448 450 452 454 456 458 460 462 469 473 477 481 485 489 493
}
M 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83 85 87 89 91 94 96 98 100 102 104 106 108 110 112 114 116 118 120 122 125 127 129 131 133 135 137 139 141 143 145 147 149 151 153 156 158 160 162 164 166 168 170 172 174 176 178 180 182 184 187 189 191 193 195 197 199 201 203 205 207 209 211 213 215 218 220 222 224 226 228 230 232 234 236 238 240 242 244 246 249 251 253 255 257 259 261 263 265 267 269 271 273 275 277 280 282 284 286 288 290 292 294 296 298 300 302 304 306 308 311 313 315 317 319 321 323 325 327 329 331 333 335 337 339 342 344 346 348 350 352 354 356 358 360 362 364 366 368 370 373 375 377 379 381 383 385 387 389 391 393 395 397 399 401 404 406 408 410 412 414 416 418 420 422 424 426 428 430 432 435 437 439 441 443 445 447 449 451 453 455 457 459 461 463

and the following script:

from pathlib import Path

import stim

from tqecd.construction import annotate_detectors_automatically

if __name__ == "__main__":
    filepath = ...  # Path to the stim file
    circuit = stim.Circuit.from_file(filepath)
    annotated_circuit = annotate_detectors_automatically(circuit)

Running

uv run --group bench python -m pyinstrument -o annotate_detectors_rsc_15.html -r html <script path>.py

outputs the following benchmark results (negligible function have been collapsed for better readability):

that clearly show that most of the runtime is spent manipulating PauliString instances.

---

Requirements to solve this issue

Requirements to solve this issue:

• You improve the implementation / usage of PauliString such as the runtime of the script above is lower.

Nice-to-have for solutions:

• The largest performance improvement is very likely to be assigned the issue.
• You might use external packages, but be careful with adding new packages. We would like to keep the dependencies of tqecd quite small. Note that stim is already a dependency.
• If you can improve PauliString to the point where it is not a major bottleneck any more, hints on how to improve the next bottleneck would be appreciated (or a follow-up PR that improves those). Do not include everything in one PR, make it easy to review.

[AdnanSlef]

I am interested in making PauliString more efficient (with a human PR).
Please let me know if there are any updates to this issue of which I ought to be aware.

Cheers!

[Newtech66]

@HaoTy It appears to me that the current implementation of PauliString is effectively a "sparse" representation. It only stores non-identity terms. Would it be desirable to maintain this property in a PR for this issue?

That would somewhat affect the difficulty of implementation. It's somewhat easier to work with a dense implementation.

[HaoTy]

@HaoTy It appears to me that the current implementation of PauliString is effectively a "sparse" representation. It only stores non-identity terms. Would it be desirable to maintain this property in a PR for this issue?

That would somewhat affect the difficulty of implementation. It's somewhat easier to work with a dense implementation.

Good question! I definitely agree that storing identity makes things easier (e.g., 2-bit representation of a Pauli). Everything is allowed as long as TQECD's annotate_detectors_automatically entry stays correct and there's a nontrivial speedup, so you can even do a large refactor across the codebase that changes the role of PauliString : )

I am interested in making PauliString more efficient (with a human PR). Please let me know if there are any updates to this issue of which I ought to be aware.

Cheers!

We welcome more contributions (as noted in the issue description, the PR with the largest performance improvement will likely be the winner)! See above and below for some additional clarifications, and let me know if you have any questions.

[HaoTy]

In addition to the example in the issue description, the following script is useful for demonstrating the performance improvements over varying sizes of surface code patches. When showing performance, please include a comparison with the main branch.

from time import perf_counter

from tqec import Basis, compile_block_graph
from tqec.gallery import memory

from tqecd import annotate_detectors_automatically


def format_timings(ks: list[int], timings: list[float]) -> str:
    return (
        "k        |"
        + " , ".join(f"{k:>6}" for k in ks)
        + "\ntime (s) |"
        + " , ".join(f"{t:6.3f}" for t in timings)
    )

block_graph = memory(Basis.Z)
compiled_graph = compile_block_graph(block_graph)

ks: list[int] = list(range(1, 10))
times: list[float] = []

for k in ks:
    circuit = compiled_graph.generate_stim_circuit(k=k, manhattan_radius=-1)
    start = perf_counter()
    annotate_detectors_automatically(circuit)
    end = perf_counter()
    times.append(end - start)

print("Time to annotate detectors:")
print(format_timings(ks, times))

[JaipreethTiruvaipati]

I Opened #65 for this - took the integer-bitmask route from the description, so PauliString is now two X/Z masks (XOR for multiply, popcount for anticommutes, mask-clear for collapse_by), plus the follow-on cleanups in boundary/cover/flow. About 7.7× over main at k=9 on the memory(Basis.Z) script (full env + table in the PR), detectors unchanged.