論文の概要: Harnessing Intrinsic Noise for Quantum Simulation of Open Quantum Systems
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.21075v1
- Date: Fri, 24 Oct 2025 01:08:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-28 09:00:15.34824
- Title: Harnessing Intrinsic Noise for Quantum Simulation of Open Quantum Systems
- Title（参考訳）: オープン量子系の量子シミュレーションにおける固有ノイズの調和
- Authors: Sameer Dambal, Akira Sone, Yu Zhang,
- Abstract要約: 量子コンピュータ上でのオープン量子システムのシミュレーションは、根本的な課題である。
オープン量子力学は本質的に非ユニタリであるが、量子コンピュータはユニタリ進化を通して動作する。
本稿では,ノイズを計算資源として活用する方法を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.614894682819833
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Simulating open quantum systems on quantum computers presents a fundamental challenge: open quantum dynamics are intrinsically nonunitary, whereas quantum computers operate through unitary evolution. Conventional approaches overcome this mismatch by encoding nonunitary processes into unitary circuits, but such methods incur substantial overhead in both qubits and gates. Here, we propose an alternative perspective. Quantum processors are themselves open systems, inherently subject to noise. Instead of correcting all errors and then encoding nonunitary dynamics with unitary logical qubits and gates, we show how noise can be harnessed as a computational resource. We develop a noise-assisted quantum algorithm that selectively preserves physical noise to emulate nonunitary channels, enabling efficient simulation of open quantum dynamics with minimal qubit requirements. Our approach applies both to noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices and future fault-tolerant architectures. By leveraging intrinsic noise, this method circumvents the need to encode nonunitary dynamics into unitary gates and relaxes fidelity requirements on physical qubits, thereby reducing the overhead of quantum error correction. This framework reframes noise from a limitation into a resource, opening new directions for practical quantum simulation of open systems
- Abstract（参考訳）: オープン量子力学は本質的に非一意的であるのに対して、量子コンピュータはユニタリ進化を通して動作する。
従来のアプローチでは、非ユニタリ過程をユニタリ回路に符号化することで、このミスマッチを克服するが、そのような手法はキュービットとゲートの両方でかなりのオーバーヘッドを発生させる。
ここでは、別の視点を提案する。
量子プロセッサはそれ自体がオープンなシステムであり、本質的にノイズにさらされている。
すべての誤りを訂正し、単項論理キュービットとゲートで非単項力学を符号化する代わりに、いかにノイズを計算資源として利用できるかを示す。
我々は、物理ノイズを選択的に保存して非一意チャネルをエミュレートする雑音支援量子アルゴリズムを開発し、最小量子ビット条件で開量子力学の効率的なシミュレーションを可能にする。
我々のアプローチは、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイスと将来のフォールトトレラントアーキテクチャの両方に適用する。
固有雑音を利用することにより、非単体ダイナミクスを一意ゲートにエンコードする必要を回避し、物理量子ビットの忠実度要求を緩和し、量子誤差補正のオーバーヘッドを低減する。
このフレームワークは、制限からリソースに雑音を再構成し、オープンシステムの実用的な量子シミュレーションのための新しい方向を開く
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