論文の概要: Deterministic Ground State Preparation via Power-Cosine Filtering of Time Evolution Operators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.19556v1
• Date: Mon, 23 Feb 2026 07:01:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-02-24 17:42:02.708186
• Title: Deterministic Ground State Preparation via Power-Cosine Filtering of Time Evolution Operators
• Title（参考訳）: 時間発展演算子のパワーコサインフィルタによる決定論的基底状態生成
• Authors: Jeongbin Jo,
• Abstract要約: 本稿では,Power-Cosine量子信号処理フィルタを用いた地中準備のための非変分プロトコルを提案する。 複雑なブロックエンコーディング手法を推定することにより,1つのアシラリー量子ビットで制御されるコヒーレントな時間進化演算子を直接利用することができる。
• 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 deterministic preparation of quantum many-body ground states is essential for advanced quantum simulation, yet optimal algorithms often require prohibitive hardware resources. Here, we propose a highly efficient, non-variational protocol for ground state preparation using a Power-Cosine quantum signal processing (QSP) filter. By eschewing complex block-encoding techniques, our method directly utilizes coherent time-evolution operators controlled by a single ancillary qubit. The integration of mid-circuit measurement and reset (MCMR) drastically minimizes spatial overhead, translating iterative non-unitary filtering into deep temporal coherence. We analytically demonstrate that this approach achieves exponential suppression of excited states with a circuit depth scaling of $\mathcal{O}(Δ^{-2}\log(1/ε))$, prioritizing implementational simplicity over optimal asymptotic complexity. Numerical simulations on the 1D Heisenberg XYZ model validate the theoretical soundness and shot-noise resilience of our method. Furthermore, an advantage analysis reveals that our protocol exponentially outperforms standard Trotterized Adiabatic State Preparation (TASP) at equivalent circuit depths. This single-ancilla framework provides a highly practical and deterministic pathway for many-body ground state preparation on Early Fault-Tolerant (EFT) quantum architectures.
• Abstract（参考訳）: 量子多体基底状態の決定論的準備は、高度な量子シミュレーションには不可欠であるが、最適なアルゴリズムは、しばしば禁止的なハードウェア資源を必要とする。 本稿では,Power-Cosine 量子信号処理 (QSP) フィルタを用いて,地中準備のための高効率な非変分プロトコルを提案する。 複雑なブロックエンコーディング手法を推定することにより,1つのアシラリー量子ビットで制御されるコヒーレントな時間進化演算子を直接利用することができる。 中間回路計測とリセット(MCMR)の統合は空間的オーバーヘッドを大幅に最小化し、反復的な非単位フィルタリングを深部時間的コヒーレンスに変換する。 我々は, 回路深度スケーリングを$\mathcal{O}(Δ^{-2}\log(1/ε))$とすることで, 最適漸近的複雑性よりも実装上の単純さを優先して, 励起状態の指数的抑制を実現することを解析的に実証した。 1次元ハイゼンベルクXYZモデルの数値シミュレーションにより,提案手法の理論的健全性とショットノイズレジリエンスを検証した。 さらに,本プロトコルはTASP(Trotterized Adiabatic State prepared)を等価回路深さで指数関数的に上回っている。 この単一アンシラフレームワークは、早期フォールトトレラント(EFT)量子アーキテクチャ上での多体基底状態の準備のための非常に実用的で決定論的経路を提供する。

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