論文の概要: Experimental Ground-State Energy of a 125-Site Flat Kagome Antiferromagnet via Hamiltonian Engineering on Quantum Computer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.06361v2
- Date: Thu, 10 Jul 2025 19:13:43 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-14 11:58:22.345552
- Title: Experimental Ground-State Energy of a 125-Site Flat Kagome Antiferromagnet via Hamiltonian Engineering on Quantum Computer
- Title（参考訳）: 量子コンピュータにおけるハミルトニアン工学による125平板カゴメ反強磁性体の地中エネルギー実験
- Authors: Muhammad Ahsan,
- Abstract要約: 反強磁性ハイゼンベルクモデル(KAFH)の下で125サイト平坦な加ゴメ格子の基底状態エネルギーを計算し、実用グレードの量子計算の例を示す。
本稿では,変分量子固有解法(VQE)を局所的(古典的)成分と大域的(量子的)成分に分割して,効率的なハードウェア利用を実現するハイブリッド手法を提案する。
この研究はフラストレーションのある2Dシステムに対するVQEのスケーラビリティを実証し、より深いアンサッツ回路とより大きな格子を用いた将来の研究の基礎を定めている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5874142059884521
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: We present an instance of utility-grade quantum computation by calculating the ground-state energy of a 125-site flat Kagome lattice under the antiferromagnetic Heisenberg model (KAFH), with IBM's Heron r1 and Heron r2 quantum processors. For spin-1/2 KAFH, our best per-site ground-state energy estimate arrives at -0.417J, and after applying open-boundary corrections, it closely approaches the established thermodynamic value of -0.438J. To achieve this, we propose a hybrid approach that splits the variational quantum eigensolver (VQE) into local (classical) and global (quantum) components for efficient hardware utilization. We further introduce a Hamiltonian engineering strategy that increases coupling on defect triangles to mimic loop-flip dynamics, allowing us to simplify the ansatz while retaining physical accuracy. Using a single-repetition, hardware-efficient ansatz, we entangle up to 103 qubits with high fidelity to determine the Hamiltonian's lowest eigenvalue. This work demonstrates the scalability of VQE for frustrated 2D systems and lays the foundation for future studies using deeper ansatz circuits and larger lattices.
- Abstract（参考訳）: 本稿では, 反強磁性ハイゼンベルクモデル (KAFH) の下で, IBM の Heron r1 および Heron r2 量子プロセッサを用いて 125 サイト平板カゴメ格子の基底状態エネルギーを計算することで, 実用グレード量子計算の例を示す。
スピン1/2 KAFHの場合、地表面エネルギーの最良の推定値は-0.417Jに到達し、開境界補正を適用した後、-0.438Jの確立した熱力学値に近づいた。
そこで本研究では,変分量子固有解法(VQE)を局所的(古典的)成分と大域的(量子的)成分に分割して,効率的なハードウェア利用を実現するハイブリッド手法を提案する。
さらに、欠陥三角形の結合性を高め、ループフリップのダイナミクスを模倣し、物理的精度を維持しながらアンザッツを単純化するハミルトンのエンジニアリング戦略を導入する。
ハードウェア効率の良い単繰り返しアンサッツを用いて、ハミルトンの最小固有値を決定するために、高い忠実度を持つ103キュービットまで絡み合う。
この研究はフラストレーションのある2Dシステムに対するVQEのスケーラビリティを実証し、より深いアンサッツ回路とより大きな格子を用いた将来の研究の基礎を定めている。
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