論文の概要: Utility-Scale Quantum Computation of Ground-State Energy in a 100+ Site Planar Kagome Antiferromagnet via Hamiltonian Engineering
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.06361v3
- Date: Thu, 17 Jul 2025 17:58:22 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-18 13:45:37.425386
- Title: Utility-Scale Quantum Computation of Ground-State Energy in a 100+ Site Planar Kagome Antiferromagnet via Hamiltonian Engineering
- Title（参考訳）: ハミルトニアン工学による100以上の平面カゴメ反強磁性体における地中エネルギーの実用規模量子計算
- Authors: Muhammad Ahsan,
- Abstract要約: 反強磁性ハイゼンベルクモデル(KAFH)に基づく103サイト平坦な加後目格子における基底状態エネルギーの実験的量子計算について述べる。
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。
- 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 experimental quantum computation of the ground-state energy in a 103-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 per-site ground-state energy estimate is $-0.417\,J$, which, under open-boundary corrections, matches the energy in the thermodynamic limit, i.e., $-0.4386\,J$. To achieve this, we used a hybrid approach that splits the conventional Variational Quantum Eigensolver (VQE) into local (classical) and global (quantum) components for efficient hardware utilization. More importantly, we introduce a Hamiltonian engineering strategy that increases coupling on defect triangles to mimic loop-flip dynamics, allowing us to simplify the ansatz while retaining computational 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 on utility quantum processors.
- Abstract（参考訳）: 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, 103 サイト平板カゴメ格子の基底状態エネルギーの実験的量子計算を行った。
スピン1/2 KAFHの場合、地上状態当たりのエネルギー推定は$-0.417\,J$であり、これは開境界補正の下で熱力学限界のエネルギー、すなわち$-0.4386\,J$と一致する。
そこで我々は,従来の変分量子固有解法(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用いた。
より重要なことは、欠陥三角形の結合を高め、ループフリップのダイナミクスを模倣し、計算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ことである。
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された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実用量子プロセッサ上の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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