論文の概要: Quantum Utility in Simulating the Real-time Dynamics of the Fermi-Hubbard Model using Superconducting Quantum Computers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.14196v1
- Date: Wed, 17 Sep 2025 17:31:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-18 18:41:50.938994
- Title: Quantum Utility in Simulating the Real-time Dynamics of the Fermi-Hubbard Model using Superconducting Quantum Computers
- Title（参考訳）: 超伝導量子コンピュータを用いたFermi-Hubbardモデルのリアルタイムダイナミクスシミュレーションにおける量子ユーティリティ
- Authors: Talal Ahmed Chowdhury, Vladimir Korepin, Vincent R. Pascuzzi, Kwangmin Yu,
- Abstract要約: 我々は,IBMの超伝導量子コンピュータを用いた1次元フェルミ・ハバードモデルの量子シミュレーションを実演する。
本稿では,Fermi-Hubbardモデルにおける時間発展のために,一階トロタライズ方式を導入し,最適化された二階トロタライズに拡張する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The Fermi-Hubbard model is a fundamental model in condensed matter physics that describes strongly correlated electrons. On the other hand, quantum computers are emerging as powerful tools for exploring the complex dynamics of these quantum many-body systems. In this work, we demonstrate the quantum simulation of the one-dimensional Fermi-Hubbard model using IBM's superconducting quantum computers, employing over 100 qubits. We introduce a first-order Trotterization scheme and extend it to an optimized second-order Trotterization for the time evolution in the Fermi-Hubbard model, specifically tailored for the limited qubit connectivity of quantum architectures, such as IBM's platforms. Notably, both Trotterization approaches are scalable and maintain a constant circuit depth at each Trotter step, regardless of the qubit count, enabling us to precisely investigate the relaxation dynamics in the Fermi-Hubbard model by measuring the expectation value of the N\'eel observable (staggered magnetization) for time-evolved quantum states. Finally, our successful measurement of expectation values in such large-scale quantum many-body systems, especially at longer time scales with larger entanglement, highlights the quantum utility of superconducting quantum platforms over conventional classical approximation methods.
- Abstract（参考訳）: フェルミ・ハバードモデル(Fermi-Hubbard model)は、強相関電子を記述する凝縮物質物理学の基本モデルである。
一方、量子コンピュータは、これらの量子多体システムの複雑な力学を探索するための強力なツールとして登場しつつある。
本研究では,IBMの超伝導量子コンピュータを用いた1次元Fermi-Hubbardモデルの量子シミュレーションを,100量子ビット以上を用いて実証する。
我々は、Fermi-Hubbardモデルにおいて、一階のトロッター化方式を導入し、最適化された二階のトロッター化に拡張する。
特に,両トロッター化法は,各トラッターステップにおいて,キュービット数によらず一定回路深さを保ち,時間発展量子状態に対するN\'eel観測(強磁性化)の期待値を測定することにより,フェルミ・ハッバードモデルの緩和ダイナミクスを正確に調べることができる。
最後に、このような大規模量子多体系における期待値の測定に成功し、特に大きな絡み合いを持つ長い時間スケールにおいて、従来の古典近似法よりも超伝導量子プラットフォームの量子有用性を強調した。
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