論文の概要: Quantum-Classical Embedding via Ghost Gutzwiller Approximation for Enhanced Simulations of Correlated Electron Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.01204v1
• Date: Sun, 01 Jun 2025 22:47:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-05 01:42:09.264933
• Title: Quantum-Classical Embedding via Ghost Gutzwiller Approximation for Enhanced Simulations of Correlated Electron Systems
• Title（参考訳）: ゴーストグッツウィラー近似による電子系シミュレーションのための古典的量子埋め込み
• Authors: I-Chi Chen, Aleksei Khindanov, Carlos Salazar, Humberto Munoz Barona, Feng Zhang, Cai-Zhuang Wang, Thomas Iadecola, Nicola Lanatà, Yong-Xin Yao,
• Abstract要約: 現在の量子ハードウェア上での相関物質のシミュレーションは、限られた量子資源のために難しいままである。 量子埋め込み法は計算複雑性を減らして有望な経路を提供する。 この研究はゴーストグッツウィラー近似に基づく量子古典的な埋め込みフレームワークを開発する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.5408300118027243
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Simulating correlated materials on present-day quantum hardware remains challenging due to limited quantum resources. Quantum embedding methods offer a promising route by reducing computational complexity through the mapping of bulk systems onto effective impurity models, allowing more feasible simulations on pre- and early-fault-tolerant quantum devices. This work develops a quantum-classical embedding framework based on the ghost Gutzwiller approximation to enable quantum-enhanced simulations of ground-state properties and spectral functions of correlated electron systems. Circuit complexity is analyzed using an adaptive variational quantum algorithm on a statevector simulator, applied to the infinite-dimensional Hubbard model with increasing ghost mode numbers from 3 to 5, resulting in circuit depths growing from 16 to 104. Noise effects are examined using a realistic error model, revealing significant impact on the spectral weight of the Hubbard bands. To mitigate these effects, the Iceberg quantum error detection code is employed, achieving up to 40% error reduction in simulations. Finally, the accuracy of the density matrix estimation is benchmarked on IBM and Quantinuum quantum hardware, featuring distinct qubit-connectivity and employing multiple levels of error mitigation techniques.
• Abstract（参考訳）: 現在の量子ハードウェア上での相関物質のシミュレーションは、限られた量子資源のために難しいままである。 量子埋め込み法は、バルク系の効果的な不純物モデルへのマッピングを通じて計算複雑性を減らし、プリフォールトおよびアーリーフォールト耐性量子デバイス上でより実用的なシミュレーションを可能にすることにより、有望な経路を提供する。 この研究はゴーストグッツウィラー近似に基づく量子古典的な埋め込みフレームワークを開発し、相関電子系の基底状態特性とスペクトル関数の量子エンハンスなシミュレーションを可能にする。 回路の複雑さは状態ベクトルシミュレータ上で適応変動量子アルゴリズムを用いて解析され、無限次元のハバードモデルに適用され、ゴーストモード数が3から5に増加すると回路深さが16から104に増加する。 実測誤差モデルを用いてノイズ効果について検討し,ハバード帯のスペクトル重みに対する顕著な影響を明らかにした。 これらの効果を緩和するため、アイスバーグ量子エラー検出符号が採用され、シミュレーションで最大40%のエラー削減が達成される。 最後に、密度行列推定の精度をIBMとQuantinuumの量子ハードウェアでベンチマークし、異なる量子ビット接続性を特徴とし、複数のレベルのエラー軽減技術を採用している。

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