論文の概要: Onset of Ergodicity Across Scales on a Digital Quantum Processor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.12236v1
• Date: Thu, 12 Mar 2026 17:54:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-13 14:46:26.274503
• Title: Onset of Ergodicity Across Scales on a Digital Quantum Processor
• Title（参考訳）: デジタル量子プロセッサ上でのエルゴディディティのオンセット
• Authors: Faisal Alam, Marcos Crichigno, Elizabeth Crosson, Steven T. Flammia, Filippo Maria Gambetta, Max Hunter Gordon, Michael Kreshchuk, Ashley Montanaro, Alberto Nocera, Raul A. Santos,
• Abstract要約: 我々は,IBMのNighthawkプロセッサ上でのディジタル量子シミュレーションを用いて,2次元乱れハイゼンベルク・フロケモデルにおけるエルゴディディティの出現について検討した。 We observed that heisenberg coupling $J$ increases, the noiseless system under a smooth crossover from subergodic to ergodic behavior。
• 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: Understanding how isolated quantum many-body systems thermalize remains a central question in modern physics. We study the onset of ergodicity in a two-dimensional disordered Heisenberg Floquet model using digital quantum simulation on IBM's Nighthawk superconducting processor, reaching system sizes of up to $10\times10$ qubits. We probe ergodicity across different length scales by coarse-graining the system into spatial patches of varying sizes and introducing a measure based on the collision entropy of each patch, enabling a detailed study of when ergodic behavior emerges across scales. The high sampling rate of superconducting quantum processing units, together with an optimal sample estimator, allow us to access patches of sizes up to $3\times3$. We observe that as the Heisenberg coupling $J$ increases, the noiseless system undergoes a smooth crossover from subergodic to ergodic behavior, with smaller patches approaching their random-matrix-theory values first, thereby revealing a hierarchy across scales. In the region of parameter space where classical tensor-network simulations are reliable, small patches or small values of $J$, we find excellent agreement with the error-mitigated quantum simulation. Beyond this regime, volume-law entanglement and contraction complexity growth causes the cost of classical methods to rise sharply. Our results open new directions for the use of quantum computers in the study of quantum thermalization.
• Abstract（参考訳）: 量子多体系がいかに熱化するかを理解することは、現代物理学の中心的な問題である。 我々は,IBMのNighthawk超伝導プロセッサ上でのディジタル量子シミュレーションを用いて,2次元乱れハイゼンベルクフロケモデルにおけるエルゴディディティの出現について検討し,最大10\times10$ qubitsのシステムサイズに到達した。 本研究では,様々な大きさの空間パッチにシステムを粗粒化して,各パッチの衝突エントロピーに基づく測度を導入することで,異なる長さスケールでのエルゴディック性を探索する。 超伝導量子処理ユニットの高サンプリングレートと最適なサンプル推定器は、最大3ドル/時までの大きさのパッチにアクセスできる。 We observed that the Heisenberg coupling $J$ increased, the noiseless system under a smooth crossover from subergodic to ergodic behavior, with small patch approaching their random-matrix-theory values first。 古典的テンソルネットワークシミュレーションが信頼できるパラメータ空間の領域では、小さなパッチや$J$の小さな値が、誤差緩和量子シミュレーションとよく一致している。 この体制を超えて、ボリューム・ローの絡み合いと収縮の複雑さの増大は古典的手法のコストを急上昇させる。 この結果から,量子化研究における量子コンピュータの利用の新たな方向性が明らかとなった。

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