論文の概要: Computing $n$-time correlation functions without ancilla qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.12975v1
- Date: Thu, 17 Apr 2025 14:27:23 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-18 14:36:17.005881
- Title: Computing $n$-time correlation functions without ancilla qubits
- Title（参考訳）: アンシラ量子ビットを持たないn$-time相関関数の計算
- Authors: Xiaoyang Wang, Long Xiong, Xiaoxia Cai, Xiao Yuan,
- Abstract要約: 興味あるシステム上でのユニタリ進化のみを用いて,$n$-timeの相関関数を計算する手法を提案する。
このアプローチは、デジタルプロセッサのハードウェア接続要件を大幅に緩和する。
我々は、フェルミオンとボソニックの単一粒子スペクトルを測定するために、IBM量子ハードウェア上で最大12キュービットのプロトコルを実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.5557611808487644
- License:
- Abstract: The $n$-time correlation function is pivotal for establishing connections between theoretical predictions and experimental observations of a quantum system. Conventional methods for computing $n$-time correlation functions on quantum computers, such as the Hadamard test, generally require an ancilla qubit that controls the entire system -- an approach that poses challenges for digital quantum devices with limited qubit connectivity, as well as for analog quantum platforms lacking controlled operations. Here, we introduce a method to compute $n$-time correlation functions using only unitary evolutions on the system of interest, thereby eliminating the need for ancillas and the control operations. This approach substantially relaxes hardware connectivity requirements for digital processors and enables more practical measurements of $n$-time correlation functions on analog platforms. We demonstrate our protocol on IBM quantum hardware up to 12 qubits to measure fermionic and bosonic single-particle spectra of the Su-Schrieffer-Heeger model and the Schwinger model, respectively, and the out-of-time-order correlator in the transverse-field Ising model. In the experiment, we further introduce a signal-processing strategy that integrates signal filtering and correlation analysis, and successfully reproduces the noiseless simulation results from the noisy hardware. Our work highlights a route to exploring complex quantum many-body correlation functions in practice, even in the presence of realistic hardware limitations and noise.
- Abstract（参考訳）: n$-time相関関数は、理論予測と量子系の実験的観測との間の関係を確立するために重要である。
Hadamardテストのような従来の量子コンピュータ上の$n$-time相関関数の計算方法は、一般的にシステム全体を制御するアンシラ量子ビットを必要とする。
そこで本研究では,興味あるシステム上でのユニタリ進化のみを用いて,$n$-timeの相関関数を計算し,アンシラや制御操作の必要性を解消する手法を提案する。
このアプローチは、デジタルプロセッサのハードウェア接続要件を大幅に緩和し、アナログプラットフォーム上での$n$時間相関関数のより実用的な測定を可能にする。
我々は,Su-Schrieffer-HeegerモデルとSchwingerモデルのフェルミオンおよびボソニック単一粒子スペクトルを測定するために,最大12量子ビットのIBM量子ハードウェア上でのプロトコルを実証した。
実験ではさらに,信号フィルタリングと相関解析を統合した信号処理戦略を導入し,ノイズのないシミュレーション結果をノイズの多いハードウェアから再現する。
我々の研究は、現実的なハードウェアの限界やノイズがあっても、複雑な量子多体相関関数を実際に探究する方法を強調している。
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