論文の概要: Efficient Simulation of Sparse, Non-Local Fermion Models

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.15843v1
• Date: Wed, 17 Dec 2025 18:50:39 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-19 18:10:31.760939
• Title: Efficient Simulation of Sparse, Non-Local Fermion Models
• Title（参考訳）: スパース・非局所フェルミオンモデルの効率的なシミュレーション
• Authors: Reinis Irmejs, J. Ignacio Cirac,
• Abstract要約: 我々は、N$フェルミオンモードを持つモデルについて研究し、それぞれが少なくとも定数数$d$の相互作用に参加する。 本稿では,各物理フェルミオンモードを少数の補助フェルミオンで拡張し,ヨルダン・ウィグナー弦の除去を可能にするエンコーディングを導入する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.12277343096128711
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Efficient simulation of interacting fermionic systems is a key application of near-term quantum computers, but is hindered by the overhead required to encode fermionic operators on qubit hardware. Here, we consider models with $N$ fermionic modes in which each participates in at most a constant number $d$ of interactions and study the circuit depth required to implement the Trotterized time evolution on qubit hardware with all-to-all connectivity. We introduce an encoding that augments each physical fermionic mode with a small number of auxiliary fermions, enabling the removal of Jordan--Wigner strings. Although the preparation of the auxiliary fermion state incurs an initial overhead, this state remains invariant under time evolution. As a result, long-time evolution can be implemented with asymptotically optimal circuit depth, reducing a previously multiplicative $O(\log N)$ overhead to an additive overhead. Our results thus establish that the simulation of sparse fermionic models on qubit hardware matches the performance achievable on ideal fermionic hardware up to constant factors and $O(dN)$ ancillary qubits.
• Abstract（参考訳）: 相互作用するフェルミオン系の効率的なシミュレーションは、短期量子コンピュータの鍵となる応用であるが、量子ビットハードウェア上でフェルミオン演算子の符号化に必要なオーバーヘッドによって妨げられる。 ここでは、少なくとも1つの定数$d$の相互作用に参加するフェルミオンモードを持つモデルを検討し、全接続性を持つ量子ビットハードウェア上でのトロタライズ時間進化を実装するために必要な回路深度について検討する。 本稿では,各物理フェルミオンモードを少数の補助フェルミオンで拡張し,ヨルダン・ウィグナー弦の除去を可能にするエンコーディングを導入する。 補助フェルミオン状態の調製は初期オーバーヘッドを引き起こすが、この状態は時間進化の下で不変である。 結果として、長年の進化は漸近的に最適な回路深度で実現でき、以前の乗算的な$O(\log N)$オーバーヘッドを加算オーバーヘッドに還元することができる。 その結果、量子ビットハードウェア上でのスパースフェルミオンモデルのシミュレーションは、定数要素までの理想的なフェルミオンハードウェア上で達成可能な性能と、Acillary qubits$O(dN)$の精度で一致した。

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