論文の概要: Digital Quantum Simulation of Flat-Band and All-Bands-Flat Dynamics for Tunable Quantum Transport

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.08734v1
• Date: Tue, 12 Aug 2025 08:27:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-13 21:07:34.350195
• Title: Digital Quantum Simulation of Flat-Band and All-Bands-Flat Dynamics for Tunable Quantum Transport
• Title（参考訳）: 可変量子輸送のためのフラットバンド・オールバンド・フラットダイナミクスのディジタル量子シミュレーション
• Authors: Mrinal Kanti Giri, Pochung Chen,
• Abstract要約: デジタル量子コンピュータを用いて、フラットバンド(FB)およびオールバンドフラット(AFB)格子のダイナミクスについて検討する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We study the dynamics on the flat-band (FB) and all-bands-flat (AFB) lattices using a digital quantum computer. By utilizing an advanced tensor network method to compress the quantum circuit, we overcome the intrinsic limitations of current noisy intermediate-scale quantum (NISQ) computers. This enables high-fidelity simulations of time evolution over extended timescales and various interesting dynamical behaviours are observed in our digital quantum simulation. We start from the quantum simulation of the single-particle quantum walk on the FB and AFB lattices, which are realized by tuning the magnetic flux per plaquette to $\phi=0$ and $\phi=\pi$ respectively. With compressed quantum circuit, we are able to simulate the delocalization in FB lattice and the Aharonov-Bohm caging in AFB lattice. Next, we integrate FB and ABF lattices within a one-dimensional lattice structure and study how these lattices can be utilized to control quantum transport. Moreover, we investigate the effectiveness of a single ABF lattice in controlling the two particles dynamics without and with interaction. We find that the hopping amplitude remains an effective and tunable parameter for controlling particle transport even in the presence of interactions. Our results show that digital quantum simulations of flat-band physics are feasible on current digital NISQ devices through circuit compression. Moreover, this capability enables us to study the potential applications of flat-band systems in quantum control and emerging quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: デジタル量子コンピュータを用いて、フラットバンド(FB)およびオールバンドフラット(AFB)格子のダイナミクスについて検討する。 量子回路の圧縮に先進テンソルネットワークを用いることにより,現在の雑音型中間規模量子(NISQ)コンピュータの本質的な限界を克服する。 これにより、拡張時間スケールでの時間進化の高精度なシミュレーションが可能となり、デジタル量子シミュレーションでは様々な興味深い動的挙動が観察される。 まず、FB格子とAFB格子上の単一粒子量子ウォークの量子シミュレーションから始め、プラケットあたりの磁束をそれぞれ$\phi=0$と$\phi=\pi$にチューニングすることで実現される。 圧縮量子回路により、FB格子の非局在化とAFB格子のアハロノフ・ボームケージをシミュレートすることができる。 次に、FBおよびABF格子を1次元格子構造に統合し、これらの格子をどのようにして量子輸送を制御するかを研究する。 さらに, 相互作用を伴わない2つの粒子の動的制御における単一ABF格子の有効性について検討した。 相互作用が存在する場合でも, ホッピング振幅は粒子輸送を制御するための有効かつ調整可能なパラメータであることがわかった。 この結果から、フラットバンド物理学のディジタル量子シミュレーションは、回路圧縮による現在のデジタルNISQデバイス上で実現可能であることが示された。 さらに、この能力により、量子制御および新興量子技術におけるフラットバンドシステムの潜在的な応用を研究できる。

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