論文の概要: Simulating the Antiferromagnetic Heisenberg Model on a Spin-Frustrated Kagome Lattice with the Contextual Subspace Variational Quantum Eigensolver
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.12391v1
- Date: Sat, 14 Jun 2025 08:01:34 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-17 17:28:46.088118
- Title: Simulating the Antiferromagnetic Heisenberg Model on a Spin-Frustrated Kagome Lattice with the Contextual Subspace Variational Quantum Eigensolver
- Title（参考訳）: 空間変動量子固有解器を用いたスピンフラストレーションカゴメ格子上の反強磁性ハイゼンベルク模型のシミュレーション
- Authors: Tim Weaving, Alexis Ralli, Vinul Wimalaweera, Peter J. Love, Peter V. Coveney,
- Abstract要約: 反強磁性ハイゼンベルク模型を,高縮退エネルギースペクトルを生じさせる幾何学的にフラストレーションされた構造である,かごめ格子上で研究する。
このシステムをうまくシミュレートするために、コンテキストサブスペース手法を利用した量子ビット削減戦略を用いる。
我々は、リードアウト誤差緩和(REM)、対称性検証(SV)、ゼロノイズ外挿(ZNE)を組み合わせたハイブリッド量子誤り軽減戦略を採用する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.06990493129893112
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: In this work we investigate the ground state properties of a candidate quantum spin liquid using a superconducting Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ) device. Specifically, we study the antiferromagnetic Heisenberg model on a Kagome lattice, a geometrically frustrated structure that gives rise to a highly degenerate energy spectrum. To successfully simulate this system, we employ a qubit reduction strategy leveraging the Contextual Subspace methodology, significantly reducing the problem size prior to execution on the quantum device. We improve the quality of these subspaces by using the wavefunctions obtained from low bond dimension Density Matrix Renormalization Group (DMRG) calculations to bias the subspace stabilizers through a symplectic approximate symmetry generator extraction algorithm. Reducing the Hamiltonian size allows us to implement tiled circuit ensembles and deploy the Variational Quantum Eigensolver (VQE) to estimate the ground state energy. We adopt a hybrid quantum error mitigation strategy combining Readout Error Mitigation (REM), Symmetry Verification (SV) and Zero Noise Extrapolation (ZNE). This approach yields high-accuracy energy estimates, achieving error rates on the order of 0.01% and thus demonstrating the potential of near-term quantum devices for probing frustrated quantum materials.
- Abstract（参考訳）: 本研究では, 超伝導ノイズ中間量子(NISQ)デバイスを用いて, 候補量子スピン液体の基底状態特性について検討する。
具体的には, 反強磁性ハイゼンベルク模型を, 高縮退エネルギースペクトルを生じさせる幾何学的にフラストレーションされた構造である, かごめ格子上で研究する。
このシステムをうまくシミュレートするために、コンテキストサブスペース手法を利用した量子ビット削減戦略を採用し、量子デバイス上での実行前の問題サイズを著しく削減する。
低結合次元行列再正規化群(DMRG)計算から得られる波動関数を用いて、シンプレクティック近似対称性発生器抽出アルゴリズムを用いて、これらの部分空間の品質を向上させる。
ハミルトニアンサイズの削減により、タイト回路アンサンブルを実装し、基底状態エネルギーを推定するために変分量子固有解器(VQE)を展開できる。
本稿では,Rereadout Error Mitigation (REM), Symmetry Verification (SV), Zero Noise Extrapolation (ZNE)を組み合わせたハイブリッド量子誤り軽減戦略を採用する。
このアプローチは高精度なエネルギー推定をもたらし、0.01%のオーダーで誤差率を達成し、フラストレーションのある量子材料を探索するための短期量子デバイスの可能性を示す。
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