論文の概要: Efficient Quantum Implementation of Dynamical Mean Field Theory for Correlated Materials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.05738v3
• Date: Mon, 03 Nov 2025 19:18:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-05 20:56:29.003654
• Title: Efficient Quantum Implementation of Dynamical Mean Field Theory for Correlated Materials
• Title（参考訳）: 相関材料に対する動的平均場理論の効率的な量子化
• 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。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.22447985451016908
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The accurate theoretical description of materials with strongly correlated electrons is a formidable challenge in condensed matter physics and computational chemistry. Dynamical Mean Field Theory (DMFT) is a successful approach that predicts behaviors of such systems by incorporating some of the correlated behavior using an impurity model, but it is limited by the need to calculate the impurity Green's function. 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 state preparation with time evolution to compute 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 circuit compression by extracting the impurity Green's function on IBM quantum processors for a single impurity coupled to three bath orbitals (8 qubits, 1 ancilla). We discuss potential paths toward realizing this quantum computing use case 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、凝縮物質物理学と計算化学における決定的な挑戦である。 動的平均場理論(DMFT)は、不純物モデルを用いて相関挙動のいくつかを組み込むことで、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、不純物グリーンの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。 これは不純物問題の構造を利用し、基底状態の低ランクガウス部分空間表現と、状態の準備と時間発展を結合して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。 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キュービット,1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。 物質科学における量子コンピューティング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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