論文の概要: Quantum simulation of many-body dynamics with noise-robust Trotter decomposition based on symmetric structures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.04552v2
• Date: Thu, 23 Oct 2025 12:26:41 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 03:08:05.619419
• Title: Quantum simulation of many-body dynamics with noise-robust Trotter decomposition based on symmetric structures
• Title（参考訳）: 対称構造に基づくノイズ・ロバストトロッタ分解による多体ダイナミクスの量子シミュレーション
• Authors: Bo Yang, Naoki Negishi,
• Abstract要約: Suzuki-Trotter分解は、量子ハードウェア上で量子力学をシミュレートするためのフレームワークを提供する。 本稿では,近距離デバイス上での量子力学のシミュレーションに本質的に回路効率がよい新しいトロッター分解法を提案する。 本研究は,多体力学における雑音耐性量子シミュレーションへの実践的経路を確立するものである。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.7159810638207813
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The Suzuki-Trotter decomposition, which digitalizes quantum time evolution, provides a promising framework for simulating quantum dynamics on quantum hardware and exploring quantum advantage over classical computation. However, conventional Trotter circuits require a large number of non-local gates, lowering their faithfulness to the ideal dynamics when implemented on current noisy quantum hardware. While most previous studies have focused on circuit optimization, we instead propose a new Trotter decomposition that is intrinsically circuit-efficient for simulating quantum dynamics on near-term devices. Our method substantially reduces the number of CNOT operations compared to conventional Trotter decompositions by exploiting the symmetry of the target model to construct an effective Hamiltonian with fewer two-qubit gates. We demonstrate the noise robustness of the proposed approach through numerical simulations of a nine-site Heisenberg model under realistic noise, and further validate its experimental practicality on the IBM superconducting device, achieving a state fidelity exceeding $0.98$ when combined with quantum error mitigation in the three-site case. The proposed circuit design is also compatible with existing circuit optimization techniques. Our results establish a practical route toward noise-resilient quantum simulation in many-body dynamics.
• Abstract（参考訳）: 量子時間進化をデジタル化するスズキ・トロッター分解は、量子ハードウェア上の量子力学をシミュレートし、古典的な計算よりも量子上の優位性を探求するための有望なフレームワークを提供する。 しかし、従来のトロッター回路は、多くの非局所ゲートを必要としており、現在のノイズ量子ハードウェア上で実装される場合、その忠実さを理想力学に還元する。 これまでのほとんどの研究では、回路最適化に重点を置いているが、短期デバイス上での量子力学をシミュレーションするために、本質的に回路効率のよい新しいトロッター分解を提案する。 提案手法は,目標モデルの対称性を利用して2量子ゲートの少ない実効ハミルトニアンを構築することにより,従来のトロッター分解と比較してCNOT演算数を著しく削減する。 現実雑音下での9サイトハイゼンベルクモデルの数値シミュレーションにより提案手法のノイズロバスト性を実証し,IBM超伝導デバイス上での実験的実用性を検証する。 提案した回路設計は、既存の回路最適化技術と互換性がある。 本研究は,多体力学における雑音耐性量子シミュレーションへの実践的経路を確立するものである。

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