論文の概要: Digital Quantum Simulation of Spin Transport

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.22846v1
• Date: Wed, 30 Jul 2025 17:03:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-31 16:14:18.354795
• Title: Digital Quantum Simulation of Spin Transport
• Title（参考訳）: スピン輸送のディジタル量子シミュレーション
• Authors: Yi-Ting Lee, Bibek Pokharel, Jeffrey Cohn, Andre Schleife, Arnab Banerjee,
• Abstract要約: 我々は、スピン電流自己相関関数 (ACF) による輸送現象の研究において、フォウトトレラントなディジタル量子シミュレーションが信頼性が高いことを示す。 本稿では,非単体操作,特に中周期測定を用いた直接計測手法を,近距離球状・超拡散的・拡散的系における40サイト1D XXZハイゼンベルクモデルのスピン輸送について検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Understanding transport phenomena in quantum spin systems has long intrigued physicists due to their potential applications in spintronic devices and spin qubits. Here, using a superconducting-qubit-based transmon device, we show that pre-fault-tolerant digital quantum simulation is reliable for studying transport phenomena via spin-current autocorrelation function (ACF). While quantum simulations of the spin-spin ACF have been used to probe spin transport, methods based on the spin-current ACF have yet to be demonstrated due to their high gate cost, despite offering more direct information relevant to the transport properties. Overcoming the resource constraints set by indirect measurement schemes like the Hadamard test, we showcase a direct measurement scheme that utilizes non-unitary operations, in particular mid-circuit measurements, to investigate spin transport for the 40-site 1D XXZ Heisenberg model in the near-ballistic, superdiffusive, and diffusive regimes. We successfully reproduce the expected power-law behavior in the superdiffusive regime and vanishing of the Drude weight in the diffusive regime.
• Abstract（参考訳）: 量子スピン系における輸送現象を理解することは、スピントロニクスデバイスやスピン量子ビットに応用される可能性から、長い間興味をそそられた物理学者である。 ここでは、超伝導量子ビットを用いたトランスモンデバイスを用いて、スピン電流自己相関関数(ACF)による輸送現象の研究において、プリフォールト耐性のディジタル量子シミュレーションが信頼性が高いことを示す。 スピンスピン ACF の量子シミュレーションはスピン輸送の探索に用いられているが、スピン電流 ACF に基づく手法は、輸送特性に関するより直接的な情報を提供するにもかかわらず、高いゲートコストのためにまだ実証されていない。 本研究では,アダマール試験のような間接測定手法によって設定される資源制約を克服し,非単体演算,特に中周期測定を用いた直接測定手法を紹介し,ほぼ弾道的・超拡散的・拡散的状態における40地点の1D XXZハイゼンベルクモデルのスピン輸送について検討する。 我々は超拡散状態における期待されたパワー・ローの挙動を再現し,拡散状態におけるドリュート重みの消滅に成功した。

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