論文の概要: Hardware-efficient quantum phase estimation via local control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.18765v1
• Date: Mon, 23 Jun 2025 15:34:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-24 19:06:37.059545
• Title: Hardware-efficient quantum phase estimation via local control
• Title（参考訳）: 局所制御によるハードウェア効率の量子位相推定
• Authors: Benjamin F. Schiffer, Dominik S. Wild, Nishad Maskara, Mikhail D. Lukin, J. Ignacio Cirac,
• Abstract要約: 本稿では,局所的に制御された演算のみを用いる量子位相推定手法を提案する。 我々のアプローチの中心は、時間進化演算子の期待値の複雑な位相を測定する効率的なルーチンである。 提案手法は、現在の量子デバイスを用いた大規模多体量子系のスペクトル特性を測定するための実用的な経路を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2796197251957244
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum phase estimation plays a central role in quantum simulation as it enables the study of spectral properties of many-body quantum systems. Most variants of the phase estimation algorithm require the application of the global unitary evolution conditioned on the state of one or more auxiliary qubits, posing a significant challenge for current quantum devices. In this work, we present an approach to quantum phase estimation that uses only locally controlled operations, resulting in a significantly reduced circuit depth. At the heart of our approach are efficient routines to measure the complex phase of the expectation value of the time-evolution operator, the so-called Loschmidt echo, for both circuit dynamics and Hamiltonian dynamics. By tracking changes in the phase during the dynamics, the routines trade circuit depth for an increased sampling cost and classical postprocessing. Our approach does not rely on reference states and is applicable to any efficiently preparable state, regardless of its correlations. We provide a comprehensive analysis of the sample complexity and illustrate the results with numerical simulations. Our methods offer a practical pathway for measuring spectral properties in large many-body quantum systems using current quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 量子位相推定は、多体量子系のスペクトル特性の研究を可能にするため、量子シミュレーションにおいて中心的な役割を果たす。 位相推定アルゴリズムのほとんどの変種は、1つ以上の補助量子ビットの状態に条件付けられた大域的ユニタリ進化の適用を必要としており、現在の量子デバイスにとって大きな課題となっている。 本研究では,局所的に制御された演算のみを用いる量子位相推定手法を提案する。 我々のアプローチの中心は、回路力学とハミルトン力学の両方に対して、時間進化演算子の期待値の複雑な位相を測定するための効率的なルーチンである。 ダイナミックス中の相の変化を追跡することで、サンプリングコストの増加と古典的な後処理のために、ルーチン回路深度を交換する。 我々の手法は参照状態に依存しず、その相関によらず効率的に準備可能な状態に適用できる。 本稿では,サンプルの複雑さを包括的に解析し,数値シミュレーションによる結果を示す。 提案手法は、現在の量子デバイスを用いた大規模多体量子系のスペクトル特性を測定するための実用的な経路を提供する。

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