論文の概要: Hardware-efficient formulation of molecular cavity-QED Hamiltonians

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.17461v1
• Date: Mon, 20 Oct 2025 11:53:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-25 00:56:39.439087
• Title: Hardware-efficient formulation of molecular cavity-QED Hamiltonians
• Title（参考訳）: 分子空洞-QEDハミルトニアンのハードウェア効率による定式化
• Authors: Francesco Troisi, Simone Latini, Heiko Appel, Martin Lüders, Angel Rubio, Ivano Tavernelli,
• Abstract要約: 本稿では,量子電気力学(QED)システムを短期量子ハードウェア上でシミュレーションする新しい手法を提案する。 定在波フォトニックベースアプローチを用いることで、ハードウェア接続の制約や2ビットゲートのエラーにより、不確実性の問題が発生することが判明した。 我々は、近傍のカップリングを強制する局所化フォトニック基底アプローチを用いて、ハミルトニアンを1D量子ビット連鎖としてマッピングすることができることを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.25655761752240497
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Light-matter coupled Hamiltonians are central to cavity materials engineering and polaritonic chemistry, but are challenging to simulate with classical hardware due to the scaling of the Hilbert space with the number of quantum photon modes and matter complexity. Leveraging the fact that quantum computers naturally represent photonic modes efficiently, we present a novel approach to simulate quantum-electrodynamical (QED) systems on near-term quantum hardware. After developing the bosonic and mixed operators in the Qiskit Nature framework, we employ them to simulate a first-order Trotterized Hamiltonian for a spontaneous-emission problem of a two-level system in an optical cavity. We find that using a standing-waves photonic basis approach leads to fidelity issues due to hardware connectivity constraints and two-qubits gates errors. Hence, we propose using a localized photonic basis approach that enforces nearest-neighbor couplings, thanks to which we can map the Hamiltonian as a 1D qubit chain. We significantly reduce the noise and, by applying the zero-noise extrapolation error mitigation technique, we recover the accurate quantum dynamics. Finally, we also show that this approach is resilient when relaxing the 1D qubit chain approximation.
• Abstract（参考訳）: 光物質結合ハミルトニアンはキャビティ材料工学と分極化学の中心であるが、ヒルベルト空間のスケーリングと量子光子モードの数と物質複雑性により、古典的なハードウェアでシミュレートすることは困難である。 量子コンピュータが自然にフォトニックモードを効率的に表現するという事実を生かして、近未来の量子ハードウェア上で量子電気力学(QED)システムをシミュレートする新しいアプローチを提案する。 In the bosonic and mixed operator in the Qiskit Nature framework, we used them tosimulated a first-order Trotterized Hamiltonian for a spontaneous-emission problem of a two-level system in an optical cavity。 定在波フォトニックベースアプローチを用いることで、ハードウェア接続の制約や2ビットゲートのエラーにより、不確実性の問題が発生することが判明した。 したがって、最も近い隣り合うカップリングを強制する局所化フォトニック基底アプローチを用いることにより、ハミルトニアンを1D量子ビット連鎖としてマッピングすることができる。 我々はノイズを著しく低減し、ゼロノイズ外挿誤差緩和法を適用して正確な量子力学を復元する。 最後に、この手法は1次元量子ビット鎖近似を緩和する際の弾力性を示す。

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