論文の概要: Quantum Simulation of Coupled Harmonic Oscillators: From Theory to Implementation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.05479v1
• Date: Thu, 05 Mar 2026 18:49:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-06 22:06:11.378599
• Title: Quantum Simulation of Coupled Harmonic Oscillators: From Theory to Implementation
• Title（参考訳）: 結合型高調波発振器の量子シミュレーション:理論から実装まで
• Authors: Viraj Dsouza, Weronika Golletz, Dimitrios Kranas, Bakhao Dioum, Vardaan Sahgal, Eden Schirman,
• Abstract要約: アルゴリズムの具体的実現を3つ開発・比較することにより,理論と実装のギャップを埋める。 まず,スズキ・トロッター(Suzuki-Trotter)ハミルトニアンシミュレーションを併用したスパース初期状態準備法を提案する。 第二に、古典的なデータがオークルを介してアクセスされるような、完全に量子化されたオラクルベースのフレームワークを実装します。 第3に、第1アプローチのスパース状態準備ルーチンと第2アプローチのオラクルとブロックエンコーディングに基づくシミュレーションパイプラインを組み合わせた効率的な代替案を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We investigate the quantum algorithm of Babbush et al. (arXiv:2303.13012v3) for simulating coupled harmonic oscillators, which promises exponential speedups over classical methods. Focusing on linearly connected oscillator chains, we bridge the gap between theory and implementation by developing and comparing three concrete realizations of the algorithm. First, we implement a sparse initial state preparation combined with product-formula (Suzuki-Trotter) Hamiltonian simulation. Second, we implement a fully quantum, oracle-based framework in which classical data are accessed via oracles, the Hamiltonian is block-encoded, and time evolution is performed using QSVT-based Hamiltonian simulation. Third, we propose an efficient alternative that combines the sparse state-preparation routine of the first approach with the oracle and block-encoding-based simulation pipeline of the second. We provide these implementations on Classiq, a high-level quantum design platform and provide appropriate resource benchmarks. Our simulation results show that the complex initial state preparation proposed by Babbush et al. can be circumvented at least in the linear-chain case. Finally, we illustrate two physical applications-extracting normal modes and simulating coarse-grained energy propagation-demonstrating how the algorithm connects to measurable observables. Our results clarify the resource requirements of the algorithm and provide concrete pathways toward practical quantum advantage.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,古典的手法による指数的高速化を約束する結合調和振動子をシミュレーションするためのBabbush et al(arXiv:2303.13012v3)の量子アルゴリズムについて検討する。 線形結合型発振器チェーンに着目し、アルゴリズムの3つの具体的実現を開発・比較することにより、理論と実装のギャップを埋める。 まず,スズキ・トロッター(Suzuki-Trotter)ハミルトニアンシミュレーションを併用したスパース初期状態準備法を提案する。 第2に,古典的データがオークルを介してアクセスされ,ハミルトニアンがブロック符号化され,QSVTに基づくハミルトニアンシミュレーションを用いて時間進化が実行されるような,完全に量子化されたオラクルベースのフレームワークを実装した。 第3に、第1アプローチのスパース状態準備ルーチンと第2アプローチのオラクルとブロックエンコーディングに基づくシミュレーションパイプラインを組み合わせた効率的な代替案を提案する。 高いレベルの量子設計プラットフォームであるClassiq上でこれらの実装を提供し、適切なリソースベンチマークを提供する。 シミュレーションの結果、Babushらによって提案された複雑な初期状態の準備は、少なくとも線形鎖の場合、回避可能であることがわかった。 最後に、通常のモードを抽出する2つの物理応用と、そのアルゴリズムが測定可能な可観測物にどのように接続するかを示す粗粒度のエネルギー伝搬をシミュレートする。 本研究は,提案アルゴリズムの資源要件を明らかにし,実用的な量子優位性に向けた具体的な経路を提供するものである。

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