論文の概要: Demonstration of logical quantum phase estimation for X-ray absorption spectra

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.08612v1
• Date: Tue, 13 May 2025 14:30:38 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-14 20:57:54.613141
• Title: Demonstration of logical quantum phase estimation for X-ray absorption spectra
• Title（参考訳）: X線吸収スペクトルの量子位相推定の実証
• Authors: Hirofumi Nishi, Taichi Kosugi, Satoshi Hirose, Tatsuya Okayama, Yu-ichiro Matsushita,
• Abstract要約: 遷移金属$L_2,3$-edgesのX線吸収分光(XAS)スペクトルを計算した。 測定結果によるQPEの分解能誤差と統計的誤差について検討した。 我々は、アクティブ空間内の3つの軌道を包含し、捕捉されたイオン量子コンピュータにQPEを実装した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In this study, we employed Fourier-based quantum phase estimation (QPE) to calculate X-ray absorption spectroscopy (XAS) spectra. The primary focus of this study is the calculation of the XAS spectra of transition metal $L_{2,3}$-edges, which are dominated by strong correlation effects. First, the Fe $L_{2,3}$-edge X-ray absorption near-edge structure of FePO$_4$ is calculated using a noiseless simulator. The present computation involves a comparison of three types of input states: a uniform superposition state, optimal entangled input state, and Slater function state. Subsequently, we investigated the resolution error of the QPE and statistical error attributed to the measurements. It was revealed that post-processing to introduce Lorentzian broadening reduces the statistical error, which becomes a significant problem for a large number of qubits. Subsequently, we implemented QPE on a trapped-ion quantum computer, encompassing three orbitals within the active space. To this end, we implemented QPE using dynamic circuits to reduce ancilla qubits and [[k+2, k, 2]] quantum error detection code to mitigate the quantum noise inherent in current quantum computers. As a result, it was demonstrated that hardware noise was reduced, and spectra close to the noiseless ones were obtained.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,Fourier-based quantum phase Estimation (QPE) を用いてX線吸収分光(XAS)スペクトルの計算を行った。 本研究の主な焦点は、強い相関効果によって支配される遷移金属$L_{2,3}$-edgesのXASスペクトルの計算である。 まず、FePO$_4$のエッジX線吸収近傍構造をノイズレスシミュレーターを用いて計算する。 現在の計算は、一様重ね合わせ状態、最適絡み合った入力状態、スレーター関数状態の3種類の入力状態の比較を含む。 次に,QPEの分解能誤差と測定値による統計的誤差について検討した。 後処理によるローレンツの拡張により統計誤差が減少し,多くの量子ビットにとって重要な問題となることが明らかとなった。 その後、量子コンピュータ上にQPEを実装し、アクティブ空間内の3つの軌道を包含した。 この目的のために、我々は、動的回路を用いて、アシラ量子ビットと[[k+2, k, 2]]量子誤り検出符号を減らし、現在の量子コンピュータに固有の量子ノイズを軽減するためにQPEを実装した。 その結果、ハードウェアノイズが低減され、ノイズのないノイズに近いスペクトルが得られた。

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