論文の概要: A quantum computing approach to efficiently simulating correlated materials using impurity models and dynamical mean field theory
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.05738v1
- Date: Thu, 07 Aug 2025 18:00:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-11 20:39:05.967525
- Title: A quantum computing approach to efficiently simulating correlated materials using impurity models and dynamical mean field theory
- Title（参考訳）: 不純物モデルと力学平均場理論を用いた相関物質を効率的にシミュレーションするための量子コンピューティング手法
- Authors: Norman Hogan, Efekan Kökcü, Thomas Steckmann, Liam P. Doak, Carlos Mejuto-Zaera, Daan Camps, Roel Van Beeumen, Wibe A. de Jong, A. F. Kemper,
- Abstract要約: 本研究では,量子コンピュータ上でのDMFT計算のためのフレームワークを提案する。
本稿では,ガウス部分空間を用いたDMFTアルゴリズムの収束性を示すとともに,回路圧縮のハードウェア実現可能性を示す。
我々は、物質科学における量子コンピューティングのこのユースケースの実現に向けた潜在的な道筋について論じる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0284360378349993
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The accurate theoretical description of materials with strongly correlated electrons is a formidable challenge, at the forefront of condensed matter physics and computational chemistry alike, and it is one of the targets for quantum computing. Dynamical Mean Field Theory (DMFT) is a successful approach that predicts behaviors of such systems by incorporating some correlated behavior, but it is limited by the need to calculate the Green's function for the impurity model. This work proposes a framework for DMFT calculations on quantum computers, focusing on near-term applications. It leverages the structure of the impurity problem, combining a low-rank Gaussian subspace representation of the ground state and a compressed, short-depth quantum circuit that joins the Gaussian state preparation with the time evolution to compute the necessary Green's functions. We demonstrate the convergence of the DMFT algorithm using the Gaussian subspace in a noise-free setting, and show the hardware viability of the circuit compression by extracting the impurity Green's function on IBM quantum processors for a single impurity coupled to three bath orbitals (8 physical qubits and 1 ancilla). We discuss the potential paths forward towards realizing this use case of quantum computing in materials science.
- Abstract（参考訳）: 強い相関電子を持つ物質の正確な理論的記述は、凝縮物質物理学や計算化学の最先端において、非常に難しい課題であり、量子コンピューティングの標的の1つである。
動的平均場理論 (DMFT) は、いくつかの相関挙動を組み込むことで、そのようなシステムの振舞いを予測することに成功した手法であるが、不純物モデルに対するグリーン関数を計算する必要性によって制限されている。
本研究では,量子コンピュータ上でのDMFT計算のためのフレームワークを提案する。
これは、基底状態の低ランクガウス部分空間表現と、ガウス状態の準備と時間発展を結合して必要なグリーン関数を計算する圧縮された短深さ量子回路を組み合わせることで、不純物問題の構造を利用する。
我々は,ガウス部分空間を用いたDMFTアルゴリズムのノイズフリー環境での収束を実証し,IBM量子プロセッサ上の不純物グリーン関数を3つのバス軌道(8つの物理量子ビットと1つのアンシラ)に結合した単一不純物に対して抽出することにより,回路圧縮のハードウェア生存性を示す。
我々は、物質科学における量子コンピューティングのこのユースケースの実現に向けた潜在的な道筋について論じる。
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