論文の概要: Bell sampling in Quantum Monte Carlo simulations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.14869v1
• Date: Tue, 20 May 2025 20:00:16 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-22 15:42:58.728349
• Title: Bell sampling in Quantum Monte Carlo simulations
• Title（参考訳）: 量子モンテカルロシミュレーションにおけるベルサンプリング
• Authors: Poetri Sonya Tarabunga, Yi-Ming Ding,
• Abstract要約: 量子モンテカルロ法(QMC)は大規模量子多体系の数値研究に不可欠である。 本稿では,ベルサンプリングを利用した新しいQMCフレームワークであるBell-QMCを紹介する。 我々は,ベルQMCが観測可能なクラスの両方を効率よく,偏りのない推定を可能にすることを実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4604003661048266
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum Monte Carlo (QMC) methods are essential for the numerical study of large-scale quantum many-body systems, yet their utility has been significantly hampered by the difficulty in computing key quantities such as off-diagonal operators and entanglement. This work introduces Bell-QMC, a novel QMC framework leveraging Bell sampling, a two-copy measurement protocol in the transversal Bell basis. We demonstrate that Bell-QMC enables an efficient and unbiased estimation of both challenging classes of observables, offering a significant advantage over previous QMC approaches. Notably, the entanglement across all system partitions can be computed in a single Bell-QMC simulation. We implement this method within the stochastic series expansion (SSE), where we design an efficient update scheme for sampling the configurations in the Bell basis. We demonstrate our algorithm in the one-dimensional transverse-field Ising model and the two-dimensional $\mathbb{Z}_2$ lattice gauge theory, extracting universal quantum features using only simple diagonal measurements. This work establishes Bell-QMC as a powerful framework that significantly expands the accessible quantum properties in QMC simulations, providing an exponential advantage over conventional QMC.
• Abstract（参考訳）: 量子モンテカルロ法(QMC)は、大規模量子多体系の数値研究に不可欠であるが、外対角演算子や絡み合いなどの重要な量の計算が困難であることから、その有用性は著しく妨げられている。 本稿では,ベルサンプリングを利用した新しいQMCフレームワークであるBell-QMCを紹介する。 我々は,ベル・QMCが,従来のQMC手法よりも有意な優位性をもたらすとともに,難解な観測可能な2つのクラスを効率よく,偏りのない推定が可能であることを実証した。 特に、全てのシステムパーティション間の絡み合いは、単一のベル-QMCシミュレーションで計算できる。 我々は,この手法を確率列展開(SSE)内に実装し,ベルベースで構成をサンプリングする効率的な更新手法を設計する。 我々は,1次元横場イジングモデルと2次元$\mathbb{Z}_2$格子ゲージ理論を用いて,単純な対角線測定だけで普遍的な量子的特徴を抽出するアルゴリズムを実証した。 この研究は、QMCシミュレーションにおいてアクセス可能な量子特性を著しく拡張する強力なフレームワークとしてベルQMCを確立し、従来のQMCよりも指数関数的な優位性を提供する。

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