論文の概要: Circuit compression for 2D quantum dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.01883v1
• Date: Wed, 02 Jul 2025 16:52:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-03 14:23:00.383775
• Title: Circuit compression for 2D quantum dynamics
• Title（参考訳）: 2次元量子力学のための回路圧縮
• Authors: Matteo D'Anna, Yuxuan Zhang, Roeland Wiersema, Manuel S. Rudolph, Juan Carrasquilla,
• Abstract要約: 量子系の力学に対する量子アルゴリズムは、一般に深い量子回路を必要とする。 パウリ伝搬技術を利用して、回路の圧縮戦略を開発する。 我々の回路圧縮方式は、実用的な量子優位性に一歩近づいた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.9629737395580715
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The study of out-of-equilibrium quantum many-body dynamics remains one of the most exciting research frontiers of physics, standing at the crossroads of our understanding of complex quantum phenomena and the realization of quantum advantage. Quantum algorithms for the dynamics of quantum systems typically require deep quantum circuits whose accuracy is compromised by noise and imperfections in near-term hardware. Thus, reducing the depth of such quantum circuits to shallower ones while retaining high accuracy is critical for quantum simulation. Variational quantum compilation methods offer a promising path forward, yet a core difficulty persists: ensuring that a variational ansatz $V$ faithfully approximates a target unitary $U$. Here we leverage Pauli propagation techniques to develop a strategy for compressing circuits that implement the dynamics of large two-dimensional (2D) quantum systems and beyond. As a concrete demonstration, we compress the dynamics of systems up to $30 \times 30$ qubits and achieve accuracies that surpass standard Trotterization methods by orders of magnitude at identical circuit depths. To experimentally validate our approach, we execute the compiled ansatz on Quantinuum's H1 quantum processor and observe that it tracks the system's dynamics with significantly higher fidelity than Trotterized circuits without optimization. Our circuit compression scheme brings us one step closer to a practical quantum advantage by allowing longer simulation times at reduced quantum resources and unlocks the exploration of large families of hardware-friendly ans\"atze.
• Abstract（参考訳）: 平衡外量子多体力学の研究は物理学の最もエキサイティングな研究フロンティアの1つであり、複雑な量子現象の理解と量子優位性の実現の交差点に立っている。 量子システムのダイナミクスのための量子アルゴリズムは、一般的に、短期ハードウェアにおけるノイズや不完全さによって精度が損なわれるディープ量子回路を必要とする。 したがって、量子シミュレーションでは、高い精度を維持しながら、そのような量子回路の深さをより浅く抑えることが重要である。 変分量子コンパイル法は、将来性のある経路を提供するが、コアの難しさは持続する: 変分アンサッツ$V$がターゲットユニタリ$U$を忠実に近似することを保証する。 ここでは、パウリの伝搬技術を活用して、2次元(2次元)大規模量子系の力学を実装した回路を圧縮する戦略を開発する。 実演として、30ドル(約3,300円)の量子ビットを最大30ドル(約3,300円)まで圧縮し、同じ回路深さのオーダーで標準的なトロッタライズ法を超える精度を達成する。 我々のアプローチを実験的に検証するために、QuantinuumのH1量子プロセッサ上でコンパイルアンサッツを実行し、最適化なしでトロッター回路よりもはるかに高い忠実度でシステムのダイナミクスを追跡することを観察した。 我々の回路圧縮スキームは、縮小された量子リソースでのより長いシミュレーション時間を許し、ハードウェアフレンドリーなAns\atzeの大規模なファミリーの探索を解き放つことで、実用的な量子優位性に一歩近づいた。

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