論文の概要: Large circuit execution for NMR spectroscopy simulation on NISQ quantum hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.14513v1
• Date: Tue, 16 Dec 2025 15:47:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-17 16:49:26.771651
• Title: Large circuit execution for NMR spectroscopy simulation on NISQ quantum hardware
• Title（参考訳）: NISQ量子ハードウェアにおけるNMR分光シミュレーションのための大規模回路実行
• Authors: Artemiy Burov, Julien Baglio, Clément Javerzac-Galy,
• Abstract要約: 1次元(1D)核磁気共鳴(NMR)スペクトルは、分子の構造を学ぶための主要なツールである。 最大34スピンまでのスピン系の高磁場状態における液体1次元NMRスペクトルの量子ハミルトニアンシミュレーションを示す。 私たちのパイプラインは、量子ノイズの低減によるディープ量子回路の実行能力に大きな影響を与えます。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: With the latest advances in quantum computing technology, we are gradually moving from the noisy intermediate-scale quantum (NISQ) era characterized by hardware limited in the number of qubits and plagued with quantum noise, to the age of quantum utility where both the newest hardware and software methods allow for tackling problems which have been deemed difficult or intractable with conventional classical methods. One of these difficult problems is the simulation of one-dimensional (1D) nuclear magnetic resonance (NMR) spectra, a major tool to learn about the structure of molecules, helping the design of new materials or drugs. Using advanced error mitigation and error suppression techniques from Q-CTRL together with the latest commercially available superconducting-qubit quantum computer from IBM and trapped-ion quantum computer from IonQ, we present the quantum Hamiltonian simulation of liquid-state 1D NMR spectra in the high-field regime for spin systems up to 34 spins. Our pipeline has a major impact on the ability to execute deep quantum circuits with the reduction of quantum noise, improving mean square error by a factor of 22. It allows for the execution of deep quantum circuits and obtaining salient features of the 1D NMR spectra for both 16-spin and 22-spin systems, as well as a 34-spin system, which lies beyond the regime where unrestricted full Liouvillespace simulations are practical (32 spins, the Liouville limit). Our work is a step toward near-term quantum utility in NMR spectroscopy.
• Abstract（参考訳）: 量子コンピューティング技術の最新の進歩により、我々は、量子ビット数に制限されたハードウェアと量子ノイズに悩まされたハードウェアを特徴とする、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)時代から、最新のハードウェアとソフトウェアの両方が、従来の古典的手法で難しい、あるいは難解な問題に対処できる量子ユーティリティの時代へと、徐々に移行している。 これらの難しい問題の1つは、1次元(1D)核磁気共鳴(NMR)スペクトルのシミュレーションである。 IBMの最新の商用超伝導量子ビット量子コンピュータ、IonQのトラップイオン量子コンピュータとともに、Q-CTRLの高度な誤差緩和とエラー抑制技術を用いて、最大34スピンのスピン系における高磁場状態1DNMRスペクトルの量子ハミルトニアンシミュレーションを提案する。 我々のパイプラインは、量子ノイズの低減によるディープ量子回路の実行能力に大きな影響を与え、平均二乗誤差を22。 ディープ量子回路の実行と16スピン系と22スピン系の1D NMRスペクトルの健全な特徴と、制限のない完全なリウヴィル空間シミュレーションが現実的である体制を超えた34スピン系(32スピン、リウヴィル極限)を得ることができる。 我々の研究はNMR分光における短期量子利用への一歩である。

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