論文の概要: Benchmarking quantum simulation with neutron-scattering experiments

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.15608v1
• Date: Mon, 16 Mar 2026 17:56:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-17 18:28:58.720616
• Title: Benchmarking quantum simulation with neutron-scattering experiments
• Title（参考訳）: 中性子散乱実験によるベンチマーク量子シミュレーション
• Authors: Yi-Ting Lee, Keerthi Kumaran, Bibek Pokharel, Allen Scheie, Colin L. Sarkis, David A. Tennant, Travis Humble, André Schleife, Abhinav Kandala, Arnab Banerjee,
• Abstract要約: 最大50量子ビットで動作する超伝導量子プロセッサは、非弾性中性子散乱測定と有意かつ定量的に比較できることを示す。 シミュレーションを1D XXZ Heisenbergモデルに拡張し、隣同士の非定常相互作用と強い異方性を持ち、ギャップ付き励起スペクトルを生成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A central goal of quantum computation is the realistic simulation of quantum materials. Although quantum processors have advanced rapidly in scale and fidelity, it has remained unclear whether pre-fault-tolerant devices can perform quantitatively reliable material simulations within their limited gate budgets. Here, we demonstrate that a superconducting quantum processor operating on up to 50 qubits can already produce meaningful, quantitative comparisons with inelastic neutron-scattering measurements of KCuF$_3$, a canonical realization of a gapless Luttinger liquid system with a strongly correlated ground state and a spectrum of emergent spinons. The quantum simulation is enabled by a quantum-classical workflow for computing dynamical structure factors (DSFs). The resulting spectra are benchmarked against experimental measurements using multiple metrics, highlighting the impact of circuit depth and circuit fidelity on simulation accuracy. Finally, we extend our simulations to 1D XXZ Heisenberg model with next-nearest neighbor interactions and a strong anisotropy, producing a gapped excitation spectrum, which could be used to describe the CsCoX$_3$ compounds above the Néel temperature. Our results establish a framework for computing DSFs for quantum materials in classically challenging regimes of strong entanglement and long-range interactions, enabling quantum simulations that are directly testable against laboratory measurements.
• Abstract（参考訳）: 量子計算の主目的は、量子物質の現実的なシミュレーションである。 量子プロセッサは急速にスケールと忠実度が向上しているが、プリフォールト耐性デバイスが限られたゲート予算内で定量的に信頼性のある物質シミュレーションを実行できるかどうかはまだ不明である。 ここでは, 最大50量子ビットで動作する超伝導量子プロセッサが, KCuF$_3$の非弾性中性子散乱測定値と, 強相関基底状態と励起スピノンのスペクトルを持つギャップレスルッティンガー液体系の正準実現値との有意かつ定量的な比較を既に得ることを示した。 量子シミュレーションは、動的構造因子(DSF)を計算するための量子古典的ワークフローによって実現される。 得られたスペクトルは、複数の測定値を用いて実験結果と比較され、回路深さと回路忠実度がシミュレーション精度に与える影響を強調した。 最後に、シミュレーションを1D XXZ Heisenbergモデルに拡張し、隣り合う隣人相互作用と強い異方性を持ち、ネールの温度より上のCsCoX$_3$化合物を記述するのに使用できるギャップ付き励起スペクトルを生成する。 本研究は, 量子材料に対するDSF計算の枠組みを構築し, 実験室で直接実験可能な量子シミュレーションを実現する。

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