論文の概要: Quasiparticle Variational Quantum Eigensolver

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.16721v1
• Date: Thu, 20 Nov 2025 19:00:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-24 18:08:18.778191
• Title: Quasiparticle Variational Quantum Eigensolver
• Title（参考訳）: 準粒子変動量子固有解法
• Authors: Saavanth Velury, Yuxuan Wang,
• Abstract要約: 準粒子励起をシミュレーションするための運動量空間に基づく変分量子固有解法(VQE)フレームワークを提案する。 本稿では XXZ Hamiltonian 上で提案した VQE 実装の性能をベンチマークする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.57842804209334
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose a momentum-space based variational quantum eigensolver (VQE) framework for simulating quasiparticle excitations in interacting quantum many-body systems on near-term quantum devices. Leveraging translational invariance and other symmetries of the Hamiltonian, we reconstruct the momentum-resolved quasiparticle excitation spectrum through targeted simulation of low-lying excited states using VQE. We construct a translationally symmetric variational ansatz designed to evolve a free-fermion particle-hole excited state with definite momentum $q$ to an excited state of the interacting system at the same momentum, employing a fermionic fast Fourier transform (FFFT) circuit coupled to a Hamiltonian Variational Ansatz (HVA) circuit. Even though the particle number is not explicitly conserved in the variational ansatz, the correct quasiparticle state is reached by energetic optimization. We benchmark the performance of the proposed VQE implementation on the XXZ Hamiltonian, which maps onto the Tomonaga-Luttinger liquid in the fermionic representation. Our numerical results show that VQE can capture the low-lying excitation spectrum of the bosonic quasiparticle/two-spinon dispersion of this model at various interaction strengths. We estimate the renormalized velocity of the quasiparticles by calculating the slope of the dispersion near zero momentum using the VQE-optimized energies at different system sizes, and demonstrate that it closely matches theoretical results obtained from Bethe ansatz. Finally, we highlight extensions of our proposed VQE implementation to simulate quasiparticles in other interacting quantum many-body systems.
• Abstract（参考訳）: 準粒子励起をシミュレーションするための運動量空間に基づく変分量子固有解法(VQE)フレームワークを提案する。 ハミルトンの変換不変性やその他の対称性を活用して、VQEを用いた低次励起状態のターゲットシミュレーションにより運動量分解準粒子励起スペクトルを再構成する。 我々は,ハミルトニアン変分アンサッツ(HVA)回路に結合したフェミオン高速フーリエ変換(FFFT)回路を用いて,有限運動量$q$の自由フェルミオン粒子ホール励起状態を同一運動量での励起状態に発展させるように設計された翻訳対称変分アンサッツを構築する。 粒子数は変分アンサッツに明示的に保存されていないが、正しい準粒子状態はエネルギー最適化によって到達する。 我々は、フェルミオン表現における友長・ルッティンガー液体に写像するXXZハミルトニアン上でのVQE実装の性能をベンチマークする。 以上の結果から,VQEはボゾン準粒子/2スピノンの低励起スペクトルを様々な相互作用強度で捉えることができることがわかった。 我々は,VQE最適化エネルギーを異なるシステムサイズで計算することにより,準粒子の再正規化速度を計算し,Bethe ansatzから得られる理論結果と密に一致することを示す。 最後に、他の相互作用量子多体系における準粒子をシミュレートするためのVQE実装の拡張を強調した。

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