論文の概要: Scalable Simulation of Quantum Many-Body Dynamics with Or-Represented Quantum Algebra

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.13241v1
• Date: Mon, 16 Jun 2025 08:41:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-17 17:28:47.802076
• Title: Scalable Simulation of Quantum Many-Body Dynamics with Or-Represented Quantum Algebra
• Title（参考訳）: Or-Represented Quantum Algebraを用いた量子多体ダイナミクスのスケーラブルシミュレーション
• Authors: Lukas Broers, Rong-Yang Sun, Seiji Yunoki,
• Abstract要約: 我々は、ORQAに基づく量子シミュレーションのためのスケーラブルで汎用的な並列アルゴリズムを提案する。 最大1兆個のパウリ弦を用いて局所磁化の時間的変化を追跡することで,127量子重六角格子上のイジング模型をシミュレートする。
• 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: High-performance numerical methods are essential not only for advancing quantum many-body physics but also for enabling integration with emerging quantum computing platforms. We present a scalable and general-purpose parallel algorithm for quantum simulations based on or-represented quantum algebra (ORQA). This framework applies to arbitrary spin systems and naturally integrates with quantum circuit simulation in the Heisenberg picture, particularly relevant to recent large-scale experiments on superconducting qubit processors [Kim et al., Nature 618, 500 (2023)]. As a benchmark, we simulate the kicked Ising model on a 127-qubit heavy-hexagon lattice, tracking the time evolution of local magnetization using up to one trillion Pauli strings. Executed on the supercomputer Fugaku, our simulations exhibit strong scaling up to $2^{17}$ parallel processes with near-linear communication overhead. These results establish ORQA as a practical and high-performance tool for quantum many-body dynamics, and highlight its potential for integration into hybrid quantum-classical computational frameworks, complementing recent advances in tensor-network and surrogate simulation techniques.
• Abstract（参考訳）: 高性能数値法は、量子多体物理学の進歩だけでなく、新興量子コンピューティングプラットフォームとの統合の実現にも不可欠である。 本稿では、ORQA(or-represented quantum algebra)に基づく量子シミュレーションのためのスケーラブルで汎用的な並列アルゴリズムを提案する。 この枠組みは任意のスピン系に適用され、特に超伝導量子ビットプロセッサ(Kim et al , Nature 618, 500 (2023))に関する最近の大規模な実験に関係しているハイゼンベルク像の量子回路シミュレーションと自然に統合される。 ベンチマークとして,最大1兆個のパウリ弦を用いて局所磁化の時間的発展を追跡することで,127量子ビット重六角格子上のイジングモデルをシミュレートする。 シミュレーションは,スーパーコンピュータのFugaku上で実行され,並列処理をほぼ線形通信のオーバーヘッドで最大2^{17}$まで拡張する。 これらの結果は、量子多体ダイナミクスの実用的で高性能なツールとしてORQAを確立し、量子古典計算のハイブリッドフレームワークへの統合の可能性を強調し、テンソルネットワークと代理シミュレーション技術の最近の進歩を補完するものである。

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