論文の概要: General, efficient, and robust Hamiltonian engineering

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.19903v2
• Date: Thu, 17 Apr 2025 07:29:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-18 14:33:32.217258
• Title: General, efficient, and robust Hamiltonian engineering
• Title（参考訳）: 一般、効率的、堅牢なハミルトン工学
• Authors: Pascal Baßler, Markus Heinrich, Martin Kliesch,
• Abstract要約: 任意の局所多体ハミルトニアンを設計するための効率的でロバストなスキームを導入する。 これらのシーケンスは、全進化時間を最小化する線形プログラム(LP)を効率的に解くことで構成される。 特に、225ドルキュービットをわずか60ドル秒で持つ2次元正方格子上の任意の2体ハミルトン多様体に対するハミルトン工学問題を解く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.20482269513546453
• License:
• Abstract: Implementing the time evolution under a desired target Hamiltonian is critical for various applications in quantum science. Due to the exponential increase of parameters in the system size and due to experimental imperfections this task can be challenging in quantum many-body settings. We introduce an efficient and robust scheme to engineer arbitrary local many-body Hamiltonians. This is achieved by applying simple single-qubit gates simultaneously to an always-on system Hamiltonian, which we assume to be native to a given platform. These sequences are constructed by efficiently solving a linear program (LP) which minimizes the total evolution time. In this way, we can engineer target Hamiltonians that are only limited by the locality of the Pauli terms in the system Hamiltonian. Based on average Hamiltonian theory and by using robust composite pulses, we make our schemes robust against errors including finite pulse time errors and various calibration errors. To demonstrate the performance of our scheme, we provide numerical simulations. In particular, we solve the Hamiltonian engineering problem for arbitrary two-body Hamiltonians on a 2D square lattice with $225$ qubits in only $60$ seconds. Moreover, we simulate the time evolution of Heisenberg Hamiltonians for smaller system sizes with a fidelity larger than $99.9\%$, which is orders of magnitude better than non-robust implementations.
• Abstract（参考訳）: 所望の目標であるハミルトニアンの下での時間発展の実装は、量子科学の様々な応用に不可欠である。 システムサイズのパラメータが指数関数的に増加し、実験的な欠陥のため、このタスクは量子多体設定では困難である。 任意の局所多体ハミルトニアンを設計するための効率的でロバストなスキームを導入する。 これは、単純な単一量子ゲートを常にオンのハミルトニアン系に同時に適用することで達成される。 これらのシーケンスは、全進化時間を最小化する線形プログラム(LP)を効率的に解くことで構成される。 このようにして、ハミルトニアン系におけるパウリ項の局所性によってのみ制限されるターゲットハミルトニアンを設計することができる。 平均ハミルトン理論と頑健な合成パルスを用いて、有限パルス時間誤差や様々な校正誤差を含む誤差に対して、我々のスキームを堅牢にする。 提案手法の性能を示すため,数値シミュレーションを行った。 特に、225ドルキュービットをわずか60ドル秒で持つ2次元正方格子上の任意の2体ハミルトン多様体に対するハミルトン工学問題を解く。 さらに、Heisenberg Hamiltonian の時間発展を、99.9\%$ 以上の忠実度を持つより小さなシステムサイズでシミュレートする。

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