論文の概要: Universal Quantum Computational Spectroscopy on a Quantum Chip

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.22418v1
• Date: Fri, 27 Jun 2025 17:44:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-30 21:12:23.31279
• Title: Universal Quantum Computational Spectroscopy on a Quantum Chip
• Title（参考訳）: 量子チップにおけるユニバーサル量子計算分光法
• Authors: Chonghao Zhai, Jinzhao Sun, Jieshan Huang, Jun Mao, Hongchang Bao, Siyuan Zhang, Qihuang Gong, Vlatko Vedral, Xiao Yuan, Jianwei Wang,
• Abstract要約: 我々は、普遍的な量子量子量子分光フレームワークを提示し、実証する。 本手法は閉系と開系の両方のスペクトル情報を効率的に再構成する。 我々は,プログラム可能なシリコン-フォトニック量子処理チップを用いて,このアプローチを実験的に検証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.7514053126108085
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Spectroscopy underpins modern scientific discovery across diverse disciplines. While experimental spectroscopy probes material properties through scattering or radiation measurements, computational spectroscopy combines theoretical models with experimental data to predict spectral properties, essential for advancements in physics, chemistry, and materials science. However, quantum systems present unique challenges for computational spectroscopy due to their inherent complexity, and current quantum algorithms remain largely limited to static and closed quantum systems. Here, we present and demonstrate a universal quantum computational spectroscopy framework that lifts these limitations. Through leveraging coherently controlled quantum dynamics, our method efficiently reconstructs the spectral information for both closed and open systems, furtherly for time-dependent driven systems. We experimentally validate this approach using a programmable silicon-photonic quantum processing chip, capable of high-fidelity time-evolution simulations. The versatility of our framework is demonstrated through spectroscopic computations for diverse quantum systems -- including spin systems, non-Hermitian systems, and quantum Floquet systems -- revealing novel phenomena such as parity-time symmetry breaking and topological holonomy that are inaccessible to conventional spectroscopy or quantum eigenstate algorithms. {Furthermore, systematic benchmarking of UQCS against existing quantum algorithms is numerically performed to demonstrate its unprecedented capabilities and superior performance. This work establishes a noise-robust and transformative paradigm for quantum spectral analysis.
• Abstract（参考訳）: 分光学は様々な分野にまたがって近代的な科学的発見を支えている。 実験分光法は散乱や放射測定によって材料特性を探査するが、計算分光法は理論モデルと実験データを組み合わせてスペクトル特性を予測し、物理学、化学、材料科学の進歩に必須である。 しかし、量子系はその固有の複雑さのために計算分光に固有の課題があり、現在の量子アルゴリズムは静量子系と閉量子系に限られている。 ここでは、これらの制限を解除する普遍的な量子量子量子分光フレームワークを提示し、実演する。 本手法は,コヒーレントに制御された量子力学を利用して,閉系と開系の両方のスペクトル情報を効率的に再構成する。 我々は,高忠実度時間進化シミュレーションが可能なプログラマブルシリコンフォトニック量子処理チップを用いて,このアプローチを実験的に検証した。 このフレームワークの汎用性は、スピン系、非エルミート系、量子フロケット系を含む様々な量子系の分光計算を通して実証され、従来の分光法や量子固有状態アルゴリズムに到達できないパリティ時対称性の破れやトポロジカルホロノミーのような新しい現象を明らかにする。 さらに、既存の量子アルゴリズムに対するUQCSの体系的なベンチマークを行い、前例のない性能と優れた性能を示す。 この研究は、量子スペクトル分析のためのノイズロバストで変形的なパラダイムを確立する。

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