論文の概要: Hybrid digital-analog protocols for simulating quantum multi-body interactions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.21385v1
• Date: Wed, 24 Dec 2025 19:00:36 GMT
• ステータス: 情報取得中
• システム内更新日: 2025-12-29 12:05:45.334475
• Title: Hybrid digital-analog protocols for simulating quantum multi-body interactions
• Title（参考訳）: 量子多体相互作用シミュレーションのためのハイブリッドディジタルアナログプロトコル
• Authors: Or Katz, Alexander Schuckert, Tianyi Wang, Eleanor Crane, Alexey V. Gorshkov, Marko Cetina,
• Abstract要約: 量子シミュレーターは古典計算を超えた量子多体物理学を探求することを約束する。 彼らの能力は、ハードウェア内の利用可能なネイティブインタラクションによって制限される。 これらの制限を克服するハイブリッドデジタルアナログプロトコルを導入し、実験的に実証する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 37.8143463294838
• License:
• Abstract: While quantum simulators promise to explore quantum many-body physics beyond classical computation, their capabilities are limited by the available native interactions in the hardware. On many platforms, accessible Hamiltonians are largely restricted to one- and two-body interactions, limiting access to multi-body Hamiltonians and to systems governed by simultaneous, non-commuting interaction terms that are central to condensed matter, quantum chemistry, and high-energy physics. We introduce and experimentally demonstrate a hybrid digital-analog protocol that overcomes these limitations by embedding analog evolution between shallow entangling-gate layers. This method produces effective Hamiltonians with simultaneous non-commuting three- and four-body interactions that are generated non-perturbatively and without Trotter error -- capabilities not practically attainable on near-term hardware using purely digital or purely analog schemes. We implement our scheme on a trapped-ion quantum processor and use it to realize a topological spin chain exhibiting prethermal strong zero modes persisting at high temperature, as well as models featuring three- and four-body interactions. Our hardware-agnostic and scalable method opens new routes to realizing complex many-body physics across quantum platforms.
• Abstract（参考訳）: 量子シミュレータは古典計算を超えて量子多体物理学を探求することを約束するが、それらの能力はハードウェアで利用可能なネイティブ相互作用によって制限される。 多くのプラットフォームにおいて、アクセス可能なハミルトニアンは、多体ハミルトニアンへのアクセスを制限し、凝縮物質、量子化学、高エネルギー物理学の中心となる非交換相互作用項によって支配されるシステムに大きく制限されている。 本稿では,浅いエンタングゲート層間のアナログ進化を埋め込むことにより,これらの制限を克服するハイブリッドデジタルアナログプロトコルを実験的に導入する。 この方法は、純粋なデジタルまたは純粋にアナログスキームを使用して、短期ハードウェアでは実現不可能な、非摂動的かつトロッターエラーなしで同時に生成される3体と4体の相互作用を持つ有効ハミルトニアンを生成する。 我々は,トラップイオン量子プロセッサ上での手法を実装し,高温で持続する前熱強いゼロモードを示すトポロジカルスピンチェーンと,3体と4体の相互作用を持つモデルを実現する。 ハードウェアに依存しないスケーラブルな手法は、量子プラットフォームにまたがる複雑な多体物理学を実現するための新たな経路を開く。

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