論文の概要: Quantum algorithms for simulating systems coupled to bosonic modes using a hybrid resonator-qubit quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.11507v2
• Date: Mon, 17 Mar 2025 15:57:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-18 12:36:21.563366
• Title: Quantum algorithms for simulating systems coupled to bosonic modes using a hybrid resonator-qubit quantum computer
• Title（参考訳）: ハイブリッド共振器量子コンピュータを用いたボソニックモードに結合したシステムの量子アルゴリズム
• Authors: Juha Leppäkangas, Pascal Stadler, Dmitry Golubev, Rolando Reiner, Jan-Michael Reiner, Sebastian Zanker, Nicola Wurz, Michael Renger, Jeroen Verjauw, Daria Gusenkova, Stefan Pogorzalek, Florian Vigneau, Ping Yang, William Kindel, Hsiang-Sheng Ku, Frank Deppe, Michael Marthaler,
• Abstract要約: 計算要素としてマイクロ波共振器を用いて従来の超伝導量子ビットを増大させることにより,複合系を解くための量子アルゴリズムについて議論する。 典型的なモデルに対して効率的なアルゴリズムを導出し、線形オーバーヘッドを伴うシミュレーションの実現可能なスケーリングを可能にするデバイス接続を提案する。 その結果,商用量子プラットフォーム上での計算共振器を含む最初のディジタル量子シミュレーションが得られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.272870024021355
• License:
• Abstract: Modeling composite systems of spins or electrons coupled to bosonic modes is of significant interest for many fields of applied quantum physics and chemistry. A quantum simulation can allow for the solution of quantum problems beyond classical numerical methods. However, implementing this on existing noisy quantum computers can be challenging due to the mapping between qubits and bosonic degrees of freedom, often requiring a large number of qubits or deep quantum circuits. In this work, we discuss quantum algorithms to solve composite systems by augmenting conventional superconducting qubits with microwave resonators used as computational elements. This enables direct representation of bosonic modes by resonators. We derive efficient algorithms for typical models and propose a device connectivity that allows for feasible scaling of simulations with linear overhead. We also show how the dissipation of resonators can be a useful parameter for modeling continuous bosonic baths. Experimental results demonstrating these methods were obtained on the IQM Resonance cloud platform, based on high-fidelity gates and tunable couplers. These results present the first digital quantum simulation including a computational resonator on a commercial quantum platform.
• Abstract（参考訳）: ホウ素モードに結合したスピンや電子の複合系をモデル化することは、応用量子物理学や化学の多くの分野において重要な関心事である。 量子シミュレーションは、古典的な数値法を超えた量子問題の解法を可能にする。 しかし、これを既存の雑音量子コンピュータに実装することは、量子ビットとボゾン自由度の間のマッピングのために困難であり、しばしば多くの量子ビットや深い量子回路を必要とする。 本研究では, 従来の超伝導量子ビットをマイクロ波共振器で拡張することにより, 合成系を解く量子アルゴリズムについて議論する。 これにより、共振器によるボソニックモードの直接表現が可能になる。 典型的なモデルに対して効率的なアルゴリズムを導出し、線形オーバーヘッドを伴うシミュレーションの実現可能なスケーリングを可能にするデバイス接続を提案する。 また, 共振器の消音が連続したボゾン浴のモデル化に有用であることを示す。 高忠実度ゲートとチューナブルカプラをベースとしたIQM共振クラウドプラットフォーム上で,これらの手法を実証した実験結果を得た。 これらの結果は,商用量子プラットフォーム上での計算共振器を含む最初のディジタル量子シミュレーションである。

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