論文の概要: TrackHHL: The 1-Bit Quantum Filter for particle trajectory reconstruction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.07766v1
• Date: Mon, 12 Jan 2026 17:49:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-13 19:08:01.706453
• Title: TrackHHL: The 1-Bit Quantum Filter for particle trajectory reconstruction
• Title（参考訳）: TrackHHL:粒子軌道再構成のための1ビット量子フィルタ
• Authors: Xenofon Chiotopoulos, Davide Nicotra, George Scriven, Kurt Driessens, Marcel Merk, Jochen Schütz, Jacco de Vries, Mark H. M. Winands,
• Abstract要約: Harrow-Hassidim-Lloyd (HHL) のドメイン固有適応である1ビット量子フィルタを導入する。 本研究は、ノイズフリーシミュレータにおける現実的な事象トポロジと、ノイズフリー中間スケール(NISQ)時代の現在の制約下での追跡シナリオを解くことができる資源効率の高いトラック再構築手法を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.2089615335919449
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The transition to the High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) presents a computational challenge where particle reconstruction complexity may outpace classical computing resources. While quantum computing offers potential speedups, standard algorithms like Harrow-Hassidim-Lloyd (HHL) require prohibitive circuit depths for near-term hardware. Here, we introduce the 1-Bit Quantum Filter, a domain-specific adaptation of HHL that reformulates tracking from matrix inversion to binary ground-state filtering. By replacing high-precision phase estimation with a single-ancilla spectral threshold and exploiting the Hamiltonian's sparsity, we achieve an asymptotic gate complexity of $O(\sqrt{N} \log N)$, given Hamiltonian dimension $N$. We validate this approach by simulating LHCb Vertex Locator events with a toy model, and benchmark performance using the noise models of Quantinuum H2 trapped-ion and IBM Heron superconducting processors. This work establishes a resource-efficient track reconstruction method capable of solving realistic event topologies on noise-free simulators and smaller tracking scenarios within the current constraints of the Noisy Intermediate Scale Quantum (NISQ) era.
• Abstract（参考訳）: HL-LHC (High-Luminosity Large Hadron Collider) への移行は、粒子再構成の複雑さが古典的な計算資源より優れているという計算上の課題を示す。 量子コンピューティングは潜在的なスピードアップを提供するが、Harrow-Hassidim-Lloyd (HHL)のような標準的なアルゴリズムでは、短期的なハードウェアでは回路の深さが禁じられている。 本稿では,HHLのドメイン固有の適応である1ビット量子フィルタについて紹介する。 高精度位相推定を単一アンシラスペクトルしきい値に置き換え、ハミルトニアンのスパース性を利用することにより、ハミルトン次元が$N$のときのO(\sqrt{N} \log N)$の漸近ゲート複雑性を達成する。 我々は,LHCb Vertex Locatorイベントを玩具モデルでシミュレーションし,量子H2トラップイオンおよびIBM Heron超伝導プロセッサのノイズモデルを用いてベンチマーク性能を検証した。 本研究は、ノイズフリーシミュレータにおける現実的な事象トポロジと、ノイズフリー中間スケール量子(NISQ)時代の現在の制約下での追跡シナリオを解くことができる資源効率の高いトラック再構築手法を確立する。

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