論文の概要: Symmetry-Preserving Variational Quantum Simulation of the Heisenberg Spin Chain on Noisy Quantum Hardware

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.23009v1
• Date: Sun, 28 Dec 2025 17:17:24 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-12-30 22:37:30.319885
• Title: Symmetry-Preserving Variational Quantum Simulation of the Heisenberg Spin Chain on Noisy Quantum Hardware
• Title（参考訳）: ノイズ量子ハードウェア上でのハイゼンベルクスピン鎖の対称性保存変分量子シミュレーション
• Authors: Rudraksh Sharma,
• Abstract要約: 本研究では,1次元反強磁性ハイゼンベルクスピン-1/2鎖の基底状態特性を,一般的なハードウェア効率のアンサッツと物理インフォームド変動回路の両方を用いて検討する。 その結果、回路設計に物理対称性を組み込むことで、エネルギー推定が大幅に改善され、ハードウェアノイズに対する堅牢性が向上し、より明確な収束挙動がもたらされることが示されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Variational quantum algorithms are among the most promising approaches for simulating interacting quantum many-body systems on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices. However, the practical success of variational quantum eigensolvers (VQE) critically depends on the structure of the chosen variational ansatz. In this work, we investigate the ground-state properties of the one-dimensional antiferromagnetic Heisenberg spin-1/2 chain using both generic hardware-efficient ansatz and physics-informed, symmetry-preserving variational circuits. We benchmark variational results against exact diagonalization and noiseless simulations, and subsequently validate the approach on real IQM Garnet quantum hardware. Our results demonstrate that incorporating physical symmetries into the circuit design leads to significantly improved energy estimates, enhanced robustness against hardware noise, and clearer convergence behavior when compared to hardware-efficient ansatz under identical resource constraints. These findings highlight the importance of problem specific ansatz construction for reliable quantum simulations in the NISQ era.
• Abstract（参考訳）: 変分量子アルゴリズムは、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイス上で相互作用する量子多体系をシミュレートする最も有望なアプローチの一つである。 しかし、変分量子固有解法(VQE)の実用的成功は、選択された変分アンザッツの構造に依存している。 本研究では,1次元反強磁性ハイゼンベルクスピン-1/2鎖の基底状態特性を,一般的なハードウェア効率のアンサッツと物理インフォームド・対称性の変動回路を用いて検討する。 我々は、正確な対角化とノイズレスシミュレーションに対して変分結果をベンチマークし、実際のIQM Garnet量子ハードウェアに対するアプローチを検証する。 その結果,回路設計に物理対称性を組み込むことで,エネルギー推定が大幅に向上し,ハードウェアノイズに対するロバスト性が向上し,同一資源制約下でのハードウェア効率の良いアンサッツと比較して,収束挙動がより明確になることがわかった。 これらの知見は, NISQ時代の信頼性量子シミュレーションにおける問題固有アンザッツ構成の重要性を浮き彫りにしている。

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