論文の概要: Simulating Electron Transfer on Noisy Quantum Computers: A Scalable Approach to Open Quantum Systems

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.18141v1
• Date: Mon, 25 Aug 2025 15:45:33 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-26 18:43:45.846058
• Title: Simulating Electron Transfer on Noisy Quantum Computers: A Scalable Approach to Open Quantum Systems
• Title（参考訳）: ノイズ量子コンピュータにおける電子移動のシミュレーション:オープン量子システムへのスケーラブルなアプローチ
• Authors: Marvin Gajewski, Alejandro D. Somoza, Gary Schmiedinghoff, Pascal Stadler, Michael Marthaler, Birger Horstmann,
• Abstract要約: 量子コンピュータは、本質的なハードウェアノイズによって支援されるオープン量子システムのダイナミクスをシミュレートする、有望なプラットフォームである。 我々は、IBMの超伝導プロセッサ上で、単一のドナーと最大9つのアクセプター部位を持つ電子移動(ET)の顕微鏡モデルシミュレーションを行った。 最大20キュービットの計算結果から、古典計算とよく一致したETの確率が明らかになる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 35.18016233072556
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Simulating large electronic networks with vibrational environments remains a fundamental challenge due to the long lifetimes of electronic-vibrational (vibronic) excitations on the picosecond scale. Quantum computers are a promising platform to simulate the dynamics of open quantum systems aided by intrinsic hardware-noise, with successful demonstrations of models with two electronic sites. We simulated a microscopic model of electron-transfer (ET) with a single donor and up to nine acceptor sites on a superconducting processor of IBM, using a model-specific error mitigation scheme. Our results using up to 20 qubits reveal a probability of ET that is well aligned with classical calculations where electronic and vibronic transfer resonances can be identified at the expected driving forces. We conducted 10 independent experiments per system size on different days, accounting for hourly fluctuations in error rates. We find that the most important ingredient for large-scale simulations is a large number of available qubits connected by high-fidelity gates, with coherence times above the threshold set by the target open system. Because the vibronic mechanism of electron transfer is entanglement-driven, our simulation is a natural application-based benchmark, in which the hardware capacity to produce and sustain entanglement is quantified by the maximum system size for which the hardware produces accurate results.
• Abstract（参考訳）: 振動環境による大きな電子ネットワークのシミュレーションは、ピコ秒スケールでの電子振動(ビブロニック)励起の長寿命化による根本的な課題である。 量子コンピュータは、本質的なハードウェアノイズによって支援されるオープン量子システムのダイナミクスをシミュレートする、有望なプラットフォームであり、2つの電子サイトを持つモデルの実証に成功した。 我々は,IBMの超伝導プロセッサ上で,1つのドナーと最大9つのアクセプタを持つ電子移動(ET)の顕微鏡モデルについて,モデル固有の誤差軽減手法を用いてシミュレーションを行った。 最大20量子ビットの計算結果から,電子及び振動子移動共鳴が期待される駆動力で同定できる古典的計算とよく一致したETの確率が明らかとなった。 誤差率の時間変動を考慮した,システムサイズ毎の独立実験を1日10回行った。 大規模シミュレーションにおいて最も重要な要素は、高忠実度ゲートで接続された多数の利用可能なキュービットであり、目標開放系が設定した閾値を超えるコヒーレンス時間である。 電子移動の振動機構は絡み合い駆動であるので、我々のシミュレーションは、ハードウェアが正確な結果をもたらす最大システムサイズによって、絡み合いを発生および持続するハードウェア容量を定量化する自然なアプリケーションベースのベンチマークである。

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