論文の概要: Quantum Simulation of the Polaron-Molecule Transition on a NISQ Device

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.18839v1
• Date: Mon, 26 Jan 2026 10:00:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-28 15:26:51.003544
• Title: Quantum Simulation of the Polaron-Molecule Transition on a NISQ Device
• Title（参考訳）: NISQデバイス上でのポラロン-分子遷移の量子シミュレーション
• Authors: Hugo Catala, Ezequiel Valero, German Rodrigo,
• Abstract要約: 我々は、フェルミ・ポーラロンとボース=アインシュタイン凝縮体を探索するデジタル量子シミュレーションフレームワークを提案する。 我々は、超流動性と不純物物理学を橋渡しする統一ハミルトニアン形式を発展させる。 以上の結果から, 擬似準粒子 (ポーラロン) 状態から安定な分子結合状態へのスムーズな遷移が示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The simulation of strongly correlated fermionic systems remains one of the most significant challenges in computational physics due to the exponential growth of the Hilbert space and the fermionic sign problem. In this work, we present a digital quantum simulation framework to explore the Fermi polaron and the Bose-Einstein Condensate (BEC) to Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) crossover. We develop a unified Hamiltonian formalism that bridges pairing superfluidity and impurity physics, mapping the system onto a gate-based quantum processor via the Jordan-Wigner transformation. Using a first-order Trotter-Suzuki decomposition, we implement a Ramsey interferometry protocol to extract the real-time dynamics and spectral response of the system. Our results demonstrate a smooth transition from a dressed quasiparticle (polaron) regime to a stable molecular bound state, characterized by a linear energy renormalization in the strong-coupling limit. We validate our simulation against exact classical benchmarks and report successful execution on the Barcelona Supercomputing Center quantum hardware. Despite the inherent noise of the quantum hardware, the hybrid variational approach shows remarkable resilience, accurately capturing the bifurcation of the spectral density
• Abstract（参考訳）: 強相関フェルミオン系のシミュレーションは、ヒルベルト空間の指数的成長とフェルミオン符号問題による計算物理学における最も重要な課題の1つである。 本稿では,フェルミ・ポーラロンとボース=アインシュタイン凝縮器(BEC)をバーディーン=クーパー=シュリーファー(BCS)クロスオーバーに探索するデジタル量子シミュレーションフレームワークを提案する。 我々は、超流動性と不純物物理学のペアを橋渡しし、ヨルダン・ウィグナー変換を通したゲートベースの量子プロセッサにシステムをマッピングする統一ハミルトニアン形式を開発した。 本研究では,一階目のトロッタースズキ分解を用いてラムゼー干渉プロトコルを実装し,実時間ダイナミクスとスペクトル応答を抽出する。 この結果は, 擬似準粒子 (ポーラロン) 状態から安定な分子結合状態へのスムーズな遷移を示し, 強結合限界における線形エネルギー再正規化を特徴とする。 我々は,従来のベンチマークに対してシミュレーションを検証し,バルセロナ・スーパーコンピュータ・センターの量子ハードウェア上での実行を成功させたことを報告する。 量子ハードウェア固有のノイズにもかかわらず、ハイブリッド変分法は顕著なレジリエンスを示し、スペクトル密度の分岐を正確に捉えている。

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