論文の概要: Lie algebra-assisted quantum simulation and quantum optimal control via high-order Magnus expansions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.20357v1
- Date: Tue, 23 Dec 2025 13:38:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-24 19:17:49.889644
- Title: Lie algebra-assisted quantum simulation and quantum optimal control via high-order Magnus expansions
- Title（参考訳）: リー代数支援量子シミュレーションと高次マグナス展開による量子最適制御
- Authors: R. F. dos Santos, S. J. J. M. F. Kokkelmans,
- Abstract要約: 時間依存制御関数を定義する自由度のみに依存する計算労力を削減するスケーラブルなアプローチを導入する。
提案手法はMagnus拡張に対するスケーラブルな表現を提供し,従来の手法よりも数桁高速に評価できる。
Rydberg原子を用いた中性原子プラットフォーム上での5量子位相ゲートの制御パルスを設計し,本手法の適用例を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The evolution of a quantum system under time-dependent driving exhibits phenomena that are absent in its stationary counterpart. However, the high dimensionality and non-commutative nature of quantum dynamics make this a challenging problem. The Magnus expansion provides an analytic framework to approximate the effective dynamics on short time-scales, but computing high-order terms with existing methods is computationally expensive. We introduce a scalable approach that reduces the computational effort to depend only on the degrees of freedom defining the time-dependent control function. We focus specifically on Hamiltonians consisting of a constant drift term and a controllable term. Our method provides a polynomial expression for the Magnus expansion which can be evaluated several orders of magnitude faster than previous techniques, enabling broad applications in the realms of quantum simulation and quantum optimal control. We showcase an application of the method by designing control pulses for the 5-qubit phase gate on a neutral-atom platform utilizing Rydberg atoms.
- Abstract（参考訳）: 時間依存駆動下での量子システムの進化は、静止状態にない現象を示す。
しかし、量子力学の高次元と非可換性は、この問題を困難な問題にしている。
Magnus拡張は、短時間の時間スケールで有効な力学を近似する分析フレームワークを提供するが、既存の手法による高次項の計算は計算に費用がかかる。
時間依存制御関数を定義する自由度のみに依存する計算労力を削減するスケーラブルなアプローチを導入する。
定常的ドリフト項と可制御項からなるハミルトニアンに特に焦点をあてる。
本手法は,Magnus拡張に対する多項式式を提供し,従来の手法よりも数桁高速に評価でき,量子シミュレーションや量子最適制御の領域で広く応用できる。
Rydberg原子を用いた中性原子プラットフォーム上での5量子位相ゲートの制御パルスを設計し,本手法の適用例を示す。
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