論文の概要: Quantum simulation of the Hubbard model on a graphene hexagon: Strengths of IQPE and noise constraints
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.05031v1
- Date: Thu, 05 Jun 2025 13:40:08 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-06 21:53:49.734237
- Title: Quantum simulation of the Hubbard model on a graphene hexagon: Strengths of IQPE and noise constraints
- Title（参考訳）: グラフェン六角形上のハバードモデルの量子シミュレーション:IQPEの強度と雑音制約
- Authors: Mohammad Mirzakhani, Kyungsun Moon,
- Abstract要約: In thissimulated the Hubbard model on a six-site graphene hexagon using Qiskit。
我々は、その基底状態特性を決定するためにIQPEとアダバティック進化アルゴリズムを用いる。
これらの制約を検討するために、IBMの真のバックエンドの特徴に合わせたカスタムノイズモデルを用いて、Qiskit Aerシミュレータを利用する。
- 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: Quantum computing offers transformative potential for simulating real-world materials, providing a powerful platform to investigate complex quantum systems across quantum chemistry and condensed matter physics. In this work, we leverage this capability to simulate the Hubbard model on a six-site graphene hexagon using Qiskit, employing the Iterative Quantum Phase Estimation (IQPE) and adiabatic evolution algorithms to determine its ground-state properties. Noiseless simulations yield accurate ground-state energies (GSEs), charge and spin densities, and correlation functions, all in excellent agreement with exact diagonalization, underscoring the precision and reliability of quantum simulation for strongly correlated electron systems. However, deploying IQPE and adiabatic evolution on today's noisy quantum hardware remains highly challenging. To examine these limitations, we utilize the Qiskit Aer simulator with a custom noise model tailored to the characteristics of IBM's real backend. This model includes realistic depolarizing gate errors, thermal relaxation, and readout noise, allowing us to explore how these factors degrade simulation accuracy. Preliminary hardware runs on IBM devices further expose discrepancies between simulated and real-world noise, emphasizing the gap between ideal and practical implementations. Overall, our results highlight the promise of quantum computing for simulating correlated quantum materials, while also revealing the significant challenges posed by hardware noise in achieving accurate and reliable physical predictions using current quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 量子コンピューティングは、現実世界の物質をシミュレートするための変換ポテンシャルを提供し、量子化学と凝縮物質物理学にわたる複雑な量子システムを研究する強力なプラットフォームを提供する。
本研究では,この能力を利用して,Qiskitを用いた6サイトグラフェンヘキサゴン上のHubbardモデルをシミュレートし,Iterative Quantum Phase Estimation (IQPE)とAdiabatic Evolution Algorithmを用いて基底状態特性を推定する。
ノイズレスシミュレーションは正確な基底状態エネルギー(GSE)、電荷とスピン密度、相関関数を、すべて正確な対角化とよく一致し、強い相関電子系に対する量子シミュレーションの精度と信頼性を裏付ける。
しかし、今日のノイズの多い量子ハードウェアにIQPEとアダバティック進化をデプロイすることは、依然として非常に困難である。
これらの制約を検討するために、IBMの真のバックエンドの特徴に合わせたカスタムノイズモデルを用いて、Qiskit Aerシミュレータを利用する。
このモデルには、現実的な非偏極ゲート誤差、熱緩和、読み出しノイズが含まれており、これらの要因がシミュレーションの精度を劣化させる方法について検討することができる。
プリミティブハードウェアはIBMデバイス上で動作し、シミュレートされたノイズと実世界のノイズの相違をさらに露呈し、理想的な実装と実践的な実装のギャップを強調している。
全体として,相関量子材料をシミュレーションする量子コンピューティングの可能性を強調するとともに,現在の量子デバイスを用いた正確かつ信頼性の高い物理予測を実現する上で,ハードウェアノイズがもたらす重大な課題を明らかにした。
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