論文の概要: Adiabatic preparation of thermal states and entropy-noise relation on noisy quantum computers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.05206v1
• Date: Fri, 05 Sep 2025 16:10:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-08 14:27:25.644681
• Title: Adiabatic preparation of thermal states and entropy-noise relation on noisy quantum computers
• Title（参考訳）: 雑音量子コンピュータにおける熱状態の断熱的準備とエントロピー-ノイズ関係
• Authors: Etienne Granet, Henrik Dreyer,
• Abstract要約: 量子コンピュータ上での有限温度における熱平衡状態の生成問題を考察する。 簡単なハミルトニアンの初期熱ギブス状態の進化により, 局所的に熱平衡状態にある状態が生成可能であることを示す。 ハードウェアノイズの存在下では、ノイズの進化によって生じるエントロピーをミラー回路で評価できることを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We consider the problem of preparing thermal equilibrium states at finite temperature on quantum computers. Assuming thermalization, we show that states that are locally at thermal equilibrium can be prepared by evolving adiabatically an initial thermal Gibbs state of a simple Hamiltonian with an interpolating time-dependent Hamiltonian, identically to adiabatic ground state preparation. We argue that the entropy density of local density matrices is conserved during the adiabatic evolution, so that both the entropy and energy of the final state can be computed, and thus the final temperature too. We show that in the presence of hardware noise, the entropy created by the noisy evolution can be evaluated with mirror circuits. We give numerical evidence that the resulting thermal state preparation protocol is noise-resilient, in the sense that the energy-temperature curve measured on a noisy quantum computer is remarkably insensitive to noise. We finally propose a protocol to estimate the lack of adiabaticity in a given actual Trotter implementation of the dynamics. We test our protocol on Quantinuum's H1-1 ion-trap device. We measure that a circuit with $640$ two-qubit gates implemented on hardware generates an entropy per site of $0.166 \pm 0.0045$, giving a benchmark metric for this state preparation. We report the preparation of a thermal state with temperature $2.56 \pm 0.26$ of the Ising model in size $5\times 4$.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピュータ上での有限温度における熱平衡状態の生成問題を考察する。 熱化を仮定すると, 局所的に熱平衡状態にある状態は, 簡易ハミルトン系の初期熱ギブス状態と補間時間依存のハミルトン状態とを, 断熱基底状態と同一に進化させることで生成できることが示される。 局所密度行列のエントロピー密度は断熱進化の過程で保存され、最終状態のエントロピーとエネルギーの両方が計算され、したがって最終温度も計算される。 ハードウェアノイズの存在下では、ノイズの進化によって生じるエントロピーをミラー回路で評価できることを示す。 ノイズに敏感な量子コンピュータ上で測定されたエネルギー-温度曲線は, ノイズに非常に敏感であるという意味で, 得られた熱状態生成プロトコルが耐雑音性であることを示す。 そこで本研究では,与えられたトロッターの動的実装における断熱性の欠如を推定するプロトコルを提案する。 我々はQuantinuumのH1-1イオントラップデバイス上でプロトコルをテストする。 ハードウェア上に実装された640ドルの2量子ゲートを持つ回路は、サイト当たりのエントロピーが0.166ドルの0.0045ドルの値となり、この状態の基準となる。 温度が2.56 pm 0.26 のイジング模型を5 倍の温度で5 倍の温度で調製する。

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