論文の概要: Quantum algorithm for dephasing of coupled systems: decoupling and IQP duality
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.06298v1
- Date: Fri, 09 Jan 2026 20:24:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-01-13 19:08:00.736078
- Title: Quantum algorithm for dephasing of coupled systems: decoupling and IQP duality
- Title（参考訳）: 結合系のデファス化のための量子アルゴリズム:デカップリングとIQP双対性
- Authors: Sabrina Yue Wang, Raul A. Santos,
- Abstract要約: 我々は、余分なアンシラを伴わないユニタリ量子チャネルをサンプリングすることにより、一様リンドブレディアン力学をシミュレートする量子アルゴリズムを提案する。
このアルゴリズムは一般のリンドブラディアンにも適用可能であることを示す。
入浴に結合した電子-フォノン系における非調和効果から自然に生じるフェミオンに結合したボゾンの模型をデファスで研究することで,我々のアプローチを実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Noise and decoherence are ubiquitous in the dynamics of quantum systems coupled to an external environment. In the regime where environmental correlations decay rapidly, the evolution of a subsytem is well described by a Lindblad quantum master equation. In this work, we introduce a quantum algorithm for simulating unital Lindbladian dynamics by sampling unitary quantum channels without extra ancillas. Using ancillary qubits we show that this algorithm allows approximating general Lindbladians as well. For interacting dephasing Lindbladians coupling two subsystems, we develop a decoupling scheme that reduces the circuit complexity of the simulation. This is achieved by sampling from a time-correlated probability distribution - determined by the evolution of one subsystem, which specifies the stochastic circuit implemented on the complementary subsystem. We demonstrate our approach by studying a model of bosons coupled to fermions via dephasing, which naturally arises from anharmonic effects in an electron-phonon system coupled to a bath. Our method enables tracing out the bosonic degrees of freedom, reducing part of the dynamics to sampling an instantaneous quantum polynomial (IQP) circuit. The sampled bitstrings then define a corresponding fermionic problem, which in the non-interacting case can be solved efficiently classically. We comment on the computational complexity of this class of dissipative problems, using the known fact that sampling from IQP circuits is believed to be difficult classically.
- Abstract（参考訳）: ノイズとデコヒーレンスは、外部環境に結合した量子系の力学においてユビキタスである。
環境相関が急速に崩壊する体制では、サブサイテムの進化はリンドブラッド量子マスター方程式によってよく説明される。
本研究では、余剰アンシラを伴わないユニタリ量子チャネルをサンプリングすることにより、一様リンドブレディアン力学をシミュレートする量子アルゴリズムを提案する。
補助量子ビットを用いて、このアルゴリズムは一般リンドブラディアンの近似も可能であることを示す。
2つのサブシステムを結合するリンドブラディアンを相互作用させるために、シミュレーションの回路複雑性を低減するデカップリング方式を開発する。
これは、補的サブシステムに実装された確率回路を指定する1つのサブシステムの進化によって決定される時間関係の確率分布からサンプリングすることで達成される。
入浴に結合した電子-フォノン系における非調和効果から自然に生じるフェミオンに結合したボゾンの模型をデファスで研究することで,我々のアプローチを実証する。
本手法は, ボソニックな自由度をトレースし, 量子多項式(IQP)回路をサンプリングするために, ダイナミクスの一部を削減する。
サンプル化されたビットストリングは対応するフェルミオン問題を定義し、非相互作用の場合、古典的に効率的に解ける。
我々は、IQP回路からのサンプリングが古典的に難しいという既知の事実を用いて、この種の散逸的問題の計算複雑性についてコメントする。
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