論文の概要: Digital-analog quantum computing of fermion-boson models in superconducting circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2308.12040v4
• Date: Fri, 21 Mar 2025 10:44:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-24 14:52:53.304456
• Title: Digital-analog quantum computing of fermion-boson models in superconducting circuits
• Title（参考訳）: 超伝導回路におけるフェルミオンボソンモデルのデジタルアナログ量子コンピューティング
• Authors: Shubham Kumar, Narendra N. Hegade, Anne-Maria Visuri, B. A. Bhargava, Juan F. R. Hernandez, Enrique Solano, Francisco Albarrán-Arriagada, Gabriel Alvarado Barrios,
• Abstract要約: 本稿では,ハバード・ホルシュタインモデルをシミュレートするディジタルアナログ量子アルゴリズムを提案する。 共振器によって接続され、電子-電子(e-e)と電子-フォノン(e-p)の相互作用をエミュレートする。 DAQCアルゴリズムの回路深さの低減, デジタルステップとアナログブロックのシーケンス, 純粋にディジタルアプローチよりも優れることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9674145073701153
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• Abstract: High-fidelity quantum simulations demand hardware-software co-design architectures, which are crucial for adapting to complex problems such as strongly correlated dynamics in condensed matter. By leveraging co-design strategies, we can enhance the performance of state-of-the-art quantum devices in the noisy intermediate quantum (NISQ) and early error-correction regimes. In this direction, we propose a digital-analog quantum algorithm for simulating the Hubbard-Holstein model, describing strongly-correlated fermion-boson interactions, in a suitable architecture with superconducting circuits. It comprises a linear chain of qubits connected by resonators, emulating electron-electron (e-e) and electron-phonon (e-p) interactions, as well as fermion tunneling. Our approach is adequate for digital-analog quantum computing (DAQC) of fermion-boson models, including those described by the Hubbard-Holstein model. We show the reduction in the circuit depth of the DAQC algorithm, a sequence of digital steps and analog blocks, outperforming the purely digital approach. We exemplify the quantum simulation of a half-filled two-site Hubbard-Holstein model. In this example, we obtain time-dependent state fidelities larger than 0.98, showing that our proposal is suitable for studying the dynamical behavior of solid-state systems. Our proposal opens the door to computing complex systems for chemistry, materials, and high-energy physics.
• Abstract（参考訳）: 高忠実度量子シミュレーションでは、凝縮物中の強い相関ダイナミクスのような複雑な問題に適応するために重要なハードウェア・ソフトウェア共同設計アーキテクチャが要求される。 共設計戦略を活用することで、ノイズのある中間量子(NISQ)および早期エラー補正レシエーションにおける最先端の量子デバイスの性能を向上させることができる。 本稿では,ハバード・ホルシュタイン模型を模擬したディジタルアナログ量子アルゴリズムを提案し,超伝導回路による強相関フェルミオン-ボソン相互作用について述べる。 共振器で接続された量子ビットの線形鎖を持ち、電子-電子(e-e)と電子-フォノン(e-p)の相互作用をエミュレートする。 我々のアプローチは、ハバード・ホルシュタインモデルを含むフェルミオン・ボソンモデルのデジタルアナログ量子コンピューティング(DAQC)に適している。 DAQCアルゴリズムの回路深さの低減, デジタルステップとアナログブロックのシーケンス, 純粋にディジタルアプローチよりも優れることを示す。 半充填2サイトハバード・ホルシュタインモデルの量子シミュレーションを例証する。 この例では、0.98以上の時間依存状態の忠実度を求め、この提案が固体系の動的挙動の研究に適していることを示す。 我々の提案は、化学、材料、高エネルギー物理学のための複雑なシステムを計算するための扉を開く。

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