論文の概要: Digital Quantum Simulation of the Holstein-Primakoff Transformation on Noisy Qubits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.17806v1
• Date: Thu, 19 Feb 2026 20:14:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-23 18:01:41.13244
• Title: Digital Quantum Simulation of the Holstein-Primakoff Transformation on Noisy Qubits
• Title（参考訳）: 雑音量子ビット上のホルシュタイン-プリマコフ変換のディジタル量子シミュレーション
• Authors: Kelvin Yip, Alessandro Monteros, Sahel Ashhab, Lin Tian,
• Abstract要約: クラウドベースの超伝導量子プロセッサ上でのボソニックモードのディジタル量子シミュレーションについて検討する。 アルゴリズムとハードウェアが引き起こすエラーの相互作用を検証し、最適なシミュレーションパラメータを同定する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 40.8066152850216
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum simulation of many-body systems offers a powerful approach to exploring collective quantum dynamics beyond classical computational reach. Although spin and fermionic models have been extensively simulated on digital quantum computers, the simulation of bosonic systems on programmable quantum processors is often hindered by the intrinsically large Hilbert space of bosonic modes. In this work, we study the digital quantum simulation of bosonic modes using the Holstein-Primakoff (HP) transformation and implement this protocol on a cloud-based superconducting quantum processor. Two representative models are realized on quantum hardware: (i) the driven harmonic oscillator and (ii) the Jaynes-Cummings model. Using data obtained from the quantum simulations, we systematically examine the interplay between algorithmic and hardware-induced errors to identify optimal simulation parameters. The dominant algorithmic errors arise from the finite number of qubits used in the HP mapping and the finite number of Trotter steps in the time evolution, while hardware errors mainly originate from gate infidelity, decoherence, and readout errors. This study advances the digital quantum simulation of many-body systems involving bosonic degrees of freedom on currently available cloud quantum processors and provides a framework that can be extended to more complex spin-boson and multimode cavity models.
• Abstract（参考訳）: マルチボディシステムの量子シミュレーションは、古典的な計算範囲を超えた集合量子力学を探索するための強力なアプローチを提供する。 スピンとフェルミオンモデルはデジタル量子コンピュータ上で広範囲にシミュレーションされてきたが、プログラマブル量子プロセッサ上のボソニック系のシミュレーションは、ボソニックモードの内在的に大きなヒルベルト空間によって妨げられることが多い。 本研究では,Holstein-Primakoff(HP)変換を用いたボソニックモードのディジタル量子シミュレーションを行い,このプロトコルをクラウドベースの超伝導量子プロセッサ上で実装する。 量子ハードウェア上で2つの代表モデルが実現される。 一 駆動高調波発振器及び (II)Jaynes-Cummingsモデル。 量子シミュレーションから得られたデータを用いて、アルゴリズムとハードウェアによるエラーの相互作用を系統的に調べ、最適なシミュレーションパラメータを同定する。 アルゴリズムエラーは、HPマッピングで使用される有限個の量子ビットと時間進化における有限個のトロッターステップから生じるが、ハードウェアエラーは、主にゲートの不完全性、デコヒーレンス、読み出しエラーから生じる。 本研究は、現在利用可能なクラウド量子プロセッサ上でのボゾン自由度を含む多体系のディジタル量子シミュレーションを推進し、より複雑なスピンボソンおよびマルチモードキャビティモデルに拡張可能なフレームワークを提供する。

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