論文の概要: Fast simulation of fermions with reconfigurable qubits
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.08898v1
- Date: Wed, 10 Sep 2025 18:01:02 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-12 16:52:24.092681
- Title: Fast simulation of fermions with reconfigurable qubits
- Title（参考訳）: 再構成可能な量子ビットを用いたフェルミオンの高速シミュレーション
- Authors: Nishad Maskara, Marcin Kalinowski, Daniel Gonzalez-Cuadra, Mikhail D. Lukin,
- Abstract要約: 最悪の場合,O(log(N))の時空オーバーヘッドを考慮した高速フェルミオンシミュレーション法を提案する。
この指数減少は、非局所接続を持つ再構成可能な量子システムを用いて達成される。
アルゴリズム自体がO(1)オーバヘッド構造のみに適応可能であることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.43553942673960666
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Performing large-scale, accurate quantum simulations of many-fermion systems is a central challenge in quantum science, with applications in chemistry, materials, and high-energy physics. Despite significant progress, realizing generic fermionic algorithms with qubit systems incurs significant space-time overhead, scaling as O(N) for N fermionic modes. Here we present a method for faster fermionic simulation with asymptotic space-time overhead of O(log(N)) in the worst case, and O(1) for circuits with additional structure, including important subroutines like the fermionic fast Fourier transform. This exponential reduction is achieved by using reconfigurable quantum systems with non-local connectivity, mid-circuit measurement, and classical feedforward, to generate dynamical fermion-to-qubit mappings. We apply this technique to achieve efficient compilation for key simulation tasks, including Hamiltonian simulation of the sparse Sachdev-Ye-Kitaev model and periodic materials, as well as free-fermion state-preparation. Moreover, we show that the algorithms themselves can be adapted to use only the O(1)-overhead structures to further reduce resource overhead. These techniques can lower gate counts by orders of magnitude for practical system sizes and are natively compatible with error corrected computation, making them ideal for early fault-tolerant quantum devices. Our results tightly bound the computational gap between fermionic and qubit models and open new directions in quantum simulation algorithm design and implementation.
- Abstract（参考訳）: 多数のフェルミオン系の大規模で正確な量子シミュレーションを実行することは、化学、材料、高エネルギー物理学における量子科学における中心的な課題である。
有意な進歩にもかかわらず、量子ビット系による一般的なフェルミオンアルゴリズムの実現は、NのフェルミオンモードのO(N)として、大きな時空オーバーヘッドを引き起こす。
本稿では、フェミオン高速フーリエ変換のような重要なサブルーチンを含む追加構造を持つ回路に対して、最悪の場合、O(log(N))の漸近時空オーバーヘッドを伴う高速フェルミオンシミュレーションを行う。
この指数減少は、非局所接続、中回路計測、古典的なフィードフォワードを含む再構成可能な量子システムを用いて、動的フェルミオン-量子ビットマッピングを生成することで達成される。
本手法を用いて, スパースSachdev-Ye-Kitaevモデルのハミルトンシミュレーションや周期材料, フリーフェミオン状態準備など, キーシミュレーションタスクの効率的なコンパイルを実現する。
さらに,O(1)オーバヘッド構造のみを用いて,アルゴリズム自体を適応させることにより,リソースオーバーヘッドをさらに低減できることを示す。
これらの技術は、実際のシステムサイズでゲート数を桁違いに減らすことができ、エラー修正された計算とネイティブに互換性があり、早期のフォールトトレラント量子デバイスに最適である。
本結果は,フェルミオンモデルと量子ビットモデルの間の計算ギャップと,量子シミュレーションアルゴリズムの設計と実装における新たな方向との密接な結びつきを示す。
関連論文リスト
- Optimizing Quantum Chemistry Simulations with a Hybrid Quantization Scheme [11.915190522925199]
本稿では、2つの量子化を効率よく切り替える変換回路を用いた電子シミュレーションのためのハイブリッド量子化手法を提案する。
このように、平面波ハミルトニアンシミュレーションは、第2量子化に変換する前に、第1量子化において効率的に行うことができる。
本稿では, このハイブリッド量子化手法の適用により, 基底状態特性と励起状態特性のキャラクタリゼーションが向上することを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-07-06T06:06:48Z) - Entanglement renormalization circuits for $2d$ Gaussian Fermion States [0.0]
マルチスケールエンタングルメント再正規化アンサッツ(MERA)に基づくガウスフェルミオン状態の量子回路圧縮アルゴリズムを提案する。
このアルゴリズムは、トポロジカルに自明な絶縁体、チャーン絶縁体、臨界ディラック半金属を含む、領域法的な絡み合った状態を正確に捉えることが示されている。
また,システムサイズに依存しない定数パウリ重みを持つキュービットパウリ回転によるフェルミオン回転の実現が可能な,拡張された2d$トポロジカル順序に基づく新しいフェルミオン・ツー・キュービット符号化方式を開発した。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-06-04T17:44:17Z) - Classical simulation of parity-preserving quantum circuits [0.0]
一般性を損なわないフェルミオン量子系の古典的シミュレーション法を提案する。
我々は、これらの回路をフェルミオンテンソルネットワークにマッピングし、非マッチゲートゲートの新たな分解を導入する。
提案アルゴリズムは,高い精度を維持しつつパリティ保存回路をシミュレーションするための資源要求を著しく低減する。
論文 参考訳（メタデータ） (2025-04-27T17:42:39Z) - Fourier Neural Operators for Learning Dynamics in Quantum Spin Systems [77.88054335119074]
ランダム量子スピン系の進化をモデル化するためにFNOを用いる。
量子波動関数全体の2n$の代わりに、コンパクトなハミルトン観測可能集合にFNOを適用する。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-09-05T07:18:09Z) - Efficient Learning for Linear Properties of Bounded-Gate Quantum Circuits [63.733312560668274]
d可変RZゲートとG-dクリフォードゲートを含む量子回路を与えられた場合、学習者は純粋に古典的な推論を行い、その線形特性を効率的に予測できるだろうか?
我々は、d で線形にスケーリングするサンプルの複雑さが、小さな予測誤差を達成するのに十分であり、対応する計算の複雑さは d で指数関数的にスケールすることを証明する。
我々は,予測誤差と計算複雑性をトレードオフできるカーネルベースの学習モデルを考案し,多くの実践的な環境で指数関数からスケーリングへ移行した。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-08-22T08:21:28Z) - Fermionic quantum processing with programmable neutral atom arrays [0.539215791790606]
多体フェルミオン系の特性をシミュレーションすることは、物質科学、量子化学、粒子物理学に関連する卓越した計算課題である。
本稿では、フェルミオンモデルがフェルミオンレジスタに符号化され、フェルミオンゲートを用いてハードウェア効率よくシミュレートされるフェルミオン量子プロセッサを提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2023-03-13T10:35:48Z) - Towards Neural Variational Monte Carlo That Scales Linearly with System
Size [67.09349921751341]
量子多体問題(Quantum many-body problem)は、例えば高温超伝導体のようなエキゾチックな量子現象をデミストする中心である。
量子状態を表すニューラルネットワーク(NN)と変分モンテカルロ(VMC)アルゴリズムの組み合わせは、そのような問題を解決する上で有望な方法であることが示されている。
ベクトル量子化技術を用いて,VMCアルゴリズムの局所エネルギー計算における冗長性を利用するNNアーキテクチャVector-Quantized Neural Quantum States (VQ-NQS)を提案する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-12-21T19:00:04Z) - Simulating the Mott transition on a noisy digital quantum computer via
Cartan-based fast-forwarding circuits [62.73367618671969]
動的平均場理論(DMFT)は、ハバードモデルの局所グリーン関数をアンダーソン不純物のモデルにマッピングする。
不純物モデルを効率的に解くために、量子およびハイブリッド量子古典アルゴリズムが提案されている。
この研究は、ノイズの多いデジタル量子ハードウェアを用いたMott相転移の最初の計算を提示する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-12-10T17:32:15Z) - Benchmarking a novel efficient numerical method for localized 1D
Fermi-Hubbard systems on a quantum simulator [0.0]
量子シミュレータは,多体系の力学に有効であることを示す。
我々は中性原子Fermi-Hubbard量子シミュレータと$L_textexpsimeq290$格子サイトを用いて、その性能をベンチマークする。
我々はスピン不均衡フェルミ・ハッバード系に対するブロッホ振動の相互作用の振舞いの簡単な予測を導出した。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-05-13T16:03:11Z) - Fixed Depth Hamiltonian Simulation via Cartan Decomposition [59.20417091220753]
時間に依存しない深さの量子回路を生成するための構成的アルゴリズムを提案する。
一次元横フィールドXYモデルにおけるアンダーソン局在化を含む、モデルの特殊クラスに対するアルゴリズムを強調する。
幅広いスピンモデルとフェルミオンモデルに対して正確な回路を提供するのに加えて、我々のアルゴリズムは最適なハミルトニアンシミュレーションに関する幅広い解析的および数値的な洞察を提供する。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-04-01T19:06:00Z) - Simulating nonnative cubic interactions on noisy quantum machines [65.38483184536494]
量子プロセッサは、ハードウェアに固有のものではないダイナミクスを効率的にシミュレートするためにプログラムできることを示す。
誤差補正のないノイズのあるデバイスでは、モジュールゲートを用いて量子プログラムをコンパイルするとシミュレーション結果が大幅に改善されることを示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-04-15T05:16:24Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。