論文の概要: Dissipative ground-state preparation of a quantum spin chain on a trapped-ion quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.08137v1
• Date: Tue, 13 Jan 2026 01:58:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-14 18:27:19.01678
• Title: Dissipative ground-state preparation of a quantum spin chain on a trapped-ion quantum computer
• Title（参考訳）: トラップイオン量子コンピュータ上での量子スピン鎖の散逸基底状態形成
• Authors: Kazuhiro Seki, Yuta Kikuchi, Tomoya Hayata, Seiji Yunoki,
• Abstract要約: トラップイオン量子コンピュータ上での量子スピン鎖の基底状態生成のための散逸プロトコルを実証する。 ハードウェアノイズがあるにもかかわらず、力学は最大混合状態から遠く離れた低エネルギー状態に収束する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1666234644810893
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We demonstrate a dissipative protocol for ground-state preparation of a quantum spin chain on a trapped-ion quantum computer. As a first step, we derive a Kraus representation of a dissipation channel for the protocol recently proposed by Ding et al. [Phys. Rev. Res. 6, 033147 (2024)] that still holds for arbitrary temporal discretization steps, extending the analysis beyond the Lindblad dynamics regime. The protocol guarantees that the fidelity with the ground state monotonically increases (or remains unchanged) under repeated applications of the channel to an arbitrary initial state, provided that the ground state is the unique steady state of the dissipation channel. Using this framework, we implement dissipative ground-state preparation of a transverse-field Ising chain for up to 19 spins on the trapped-ion quantum computer Reimei provided by Quantinuum. Despite the presence of hardware noise, the dynamics consistently converges to a low-energy state far away from the maximally mixed state even when the corresponding quantum circuits contain as many as 4110 entangling gates, demonstrating the intrinsic robustness of the protocol. By applying zero-noise extrapolation, the resulting energy expectation values are systematically improved to agree with noiseless simulations within statistical uncertainties.
• Abstract（参考訳）: トラップイオン量子コンピュータ上での量子スピン鎖の基底状態生成のための散逸プロトコルを実証する。 最初のステップとして、Ding et al (Phys. Rev. 6, 033147 (2024)) が最近提案したプロトコルの散逸チャネルのクラウス表現を導出する。 このプロトコルは、基底状態が散逸チャネルのユニークな定常状態であることを条件として、チャネルの繰り返し適用下で、基底状態の忠実度が任意の初期状態に単調に増加する(あるいは変化しない)ことを保証している。 この枠組みを用いて,Quantinuum の量子コンピュータ Reimei 上に,最大19スピンの逆場イジング鎖の散逸基底状態生成を実装した。 ハードウェアノイズの存在にもかかわらず、対応する量子回路が4110個のエンタングゲートを含む場合であっても、力学は極大混合状態から遠く離れた低エネルギー状態に一貫して収束し、プロトコルの本質的な堅牢性を示す。 ゼロノイズ外挿を適用することにより、得られたエネルギー予測値は、統計的不確実性内のノイズレスシミュレーションと一致するように体系的に改善される。

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