論文の概要: Advancing quantum simulations of nuclear shell model with noise-resilient protocols

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.11689v1
• Date: Wed, 16 Apr 2025 01:13:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-17 14:38:39.237286
• Title: Advancing quantum simulations of nuclear shell model with noise-resilient protocols
• Title（参考訳）: 耐雑音性プロトコルを用いた核殻モデルの量子シミュレーションの促進
• Authors: Nifeeya Singh, Pooja Siwach, P. Arumugam,
• Abstract要約: 核多体問題の解法における計算上の制限のいくつかは、量子コンピュータを利用することで克服できる。 原子核の性質に関する深い洞察を提供する核シェルモデル計算は、資源の要求が高い場合である。 我々は、ノイズの多い中間規模量子(NISQ)デバイスの性能を活用して、核シェルモデルのための量子回路を開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Some of the computational limitations in solving the nuclear many-body problem could be overcome by utilizing quantum computers. The nuclear shell-model calculations providing deeper insights into the properties of atomic nuclei, is one such case with high demand for resources as the size of the Hilbert space grows exponentially with the number of particles involved. Quantum algorithms are being developed to overcome these challenges and advance such calculations. To develop quantum circuits for the nuclear shell-model, leveraging the capabilities of noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices. We aim to minimize resource requirements (specifically in terms of qubits and gates) and strive to reduce the impact of noise by employing relevant mitigation techniques. We achieve noise resilience by designing an optimized ansatz for the variational quantum eigensolver (VQE) based on Givens rotations and incorporating qubit-ADAPT-VQE in combination with variational quantum deflation (VQD) to compute ground and excited states incorporating the zero-noise extrapolation mitigation technique. Furthermore, the qubit requirements are significantly reduced by mapping the basis states to qubits using Gray code encoding and generalizing transformations of fermionic operators to efficiently represent manybody states. By employing the noise-resilient protocols, we achieve the ground and excited state energy levels of 38Ar and 6Li with better accuracy. These energy levels are presented for noiseless simulations, noisy conditions, and after applying noise mitigation techniques. Results are compared for Jordan Wigner and Gray code encoding using VQE, qubit-ADAPT-VQE, and VQD. Our work highlights the potential of noise-resilient protocols to leverage the full potential of NISQ devices in scaling the nuclear shell model calculations.
• Abstract（参考訳）: 核多体問題の解法における計算上の制限のいくつかは、量子コンピュータを利用することで克服できる。 原子核の性質について深い洞察を与える核シェルモデル計算は、ヒルベルト空間のサイズが、関連する粒子の数とともに指数関数的に増加するにつれて、資源の需要が高い場合である。 量子アルゴリズムはこれらの課題を克服し、その計算を進めるために開発されている。 ノイズの多い中間規模量子(NISQ)デバイスの性能を活用して、核シェルモデルのための量子回路を開発する。 我々は,資源要件(特に量子ビットとゲート)を最小化し,関連する緩和技術を用いて騒音の影響を低減することを目的としている。 本研究では, 変分量子固有解器 (VQE) のための最適化アンサッツの設計と, 変分量子デフレレーション (VQD) と組み合わせて qubit-ADAPT-VQE を組み込むことにより, ゼロノイズ外挿緩和法を取り入れた基底および励起状態の計算を行うことにより, ノイズレジリエンスを実現する。 さらに、基底状態をグレイ符号符号化を用いてキュービットにマッピングし、フェルミオン作用素の変換を一般化することにより、多くの体の状態を効率的に表現することで、クビット要求を著しく低減する。 耐雑音性プロトコルを用いることで,38Arおよび6Liの基底および励起状態エネルギーレベルを精度良く達成する。 これらのエネルギーレベルは、ノイズのないシミュレーション、ノイズのある条件、およびノイズ緩和技術の適用後に提示される。 結果は、VQE、qubit-ADAPT-VQE、VQDを用いてJordan Wigner と Gray の符号を比較した。 我々の研究は、核シェルモデル計算のスケールにおいて、NISQデバイスの潜在能力を最大限活用するための耐雑音性プロトコルの可能性を強調した。

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