論文の概要: Algorithmic Quantum Simulations of Quantum Thermodynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.22898v1
• Date: Fri, 28 Nov 2025 06:06:23 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-01 19:47:55.782156
• Title: Algorithmic Quantum Simulations of Quantum Thermodynamics
• Title（参考訳）: 量子熱力学のアルゴリズム量子シミュレーション
• Authors: Yangsen Ye, Jue Nan, Dong Chen, Torsten V. Zache, Qingling Zhu, Yiming Zhang, Yuan Li, Xiawei Chen, Chong Ying, Chen Zha, Sirui Cao, Shaowei Li, Shaojun Guo, Haoran Qian, Hao Rong, Yulin Wu, Kai Yan, Feifan Su, Hui Deng, Yu Xu, Jin Lin, Ming Gong, Fusheng Chen, Gang Wu, Yong-Heng Huo, Chao-Yang Lu, Cheng-Zhi Peng, Xiaobo Zhu, Xiaopeng Li, Jian-Wei Pan,
• Abstract要約: 量子カーネル関数展開(QKFE)による量子ハードウェア上の量子熱力学のシミュレーションプロトコルを開発する。 これらのプロトコルは超伝導量子ビットを用いた逆場IsingとXYモデルのシミュレーションによって実証される。 提案手法は,プログラム可能な量子デバイス上での熱力学ポテンシャルを計算するための一般的なフレームワークを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 22.18998680528792
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Characterizing quantum phases-of-matter at finite-temperature is essential for understanding complex materials and large-scale thermodynamic phenomena. Here, we develop algorithmic protocols for simulating quantum thermodynamics on quantum hardware through quantum kernel function expansion (QKFE), producing the free energy as an analytic function of temperature with uniform convergence. These protocols are demonstrated by simulating transverse field Ising and XY models with superconducting qubits. In both analogue and digital implementations of the QKFE algorithms, we exhibit quantitative agreement of our quantum simulation experiments with the exact results. Our approach provides a general framework for computing thermodynamic potentials on programmable quantum devices, granting access to key thermodynamic properties such as entropy, heat capacity and criticality, with far-reaching implications for material design and drug development.
• Abstract（参考訳）: 有限温度での量子相のキャラクタリゼーションは、複雑な材料や大規模な熱力学現象を理解するために不可欠である。 本稿では,量子カーネル関数展開(QKFE)を通じて量子ハードウェア上の量子熱力学をシミュレーションするアルゴリズムを開発し,一様収束を伴う温度の解析関数として自由エネルギーを生成する。 これらのプロトコルは超伝導量子ビットを用いた逆場IsingとXYモデルのシミュレーションによって実証される。 QKFEアルゴリズムのアナログおよびデジタル実装において、量子シミュレーション実験と正確な結果との定量的な一致を示す。 提案手法は,プログラム可能な量子デバイス上での熱力学ポテンシャルを計算し,エントロピーや熱容量,臨界といった重要な熱力学特性へのアクセスを可能にする。

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