論文の概要: Qudit Implementation of the Rodeo Algorithm for Quantum Spectral Filtering

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.16049v1
• Date: Tue, 17 Mar 2026 01:24:44 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-18 17:42:07.062326
• Title: Qudit Implementation of the Rodeo Algorithm for Quantum Spectral Filtering
• Title（参考訳）: 量子スペクトルフィルタリングのためのロデオアルゴリズムの量子化
• Authors: Julio Cesar Siqueira Rocha, Rodrigo Alves Dias,
• Abstract要約: 一般的な$d$レベルのancilla quditを用いたRoooアルゴリズムの定式化を提案する。 次に,エネルギー領域におけるスペクトルフィルタとして機能するEmphRodeoカーネルの概念を紹介する。 第3に,ロッドアルゴリズムのためのマイクロカノニカルプロトコルを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Qudits, the multi-level generalization of qubits, provide a natural extension of the binary paradigm in quantum computation and offer new opportunities to enhance algorithmic performance. Beyond their direct applicability to the simulation of multi-level quantum systems, higher-dimensional ancillae can improve sampling efficiency in quantum algorithms by enabling the simultaneous implementation of multiple control operations, thereby reducing circuit complexity. In this work, we pursue three main objectives. First, we present a formulation of the Rodeo algorithm employing a general $d$-level ancilla qudit. Second, we introduce the concept of the \emph{Rodeo kernel}, defined as a two-frequency interferometer, which acts as a spectral filter in the energy domain. Finally, we propose a microcanonical protocol for the Rodeo algorithm. This protocol enables the estimation of entropic quantities through a single energy sweep and admits a natural interpretation as a Gaussian convolution of the density of states. To support the theoretical analysis, we perform numerical evaluations of the corresponding quantum circuit using ancilla qudits of dimensions three, four, and five. The simulations are performed for the one-dimensional Ising model, considering both spin-$\frac{1}{2}$ and spin-$1$ particles. The ancilla qutrit implementation exhibits an $18\%$ reduction in fluctuations compared to the qubit implementation. Our results show that the qudits provide a framework for spectral analysis and thermodynamic characterization of multi-level quantum systems.
• Abstract（参考訳）: 量子ビットの多レベル一般化であるQuditsは、量子計算におけるバイナリパラダイムの自然な拡張を提供し、アルゴリズムの性能を高める新しい機会を提供する。 マルチレベル量子システムのシミュレーションへの直接的な適用性以外に、高次元アンシラは、複数の制御操作の同時実装を可能にして、量子アルゴリズムのサンプリング効率を向上させることができるため、回路の複雑さを低減できる。 本研究では,3つの目的を追求する。 まず、一般的な$d$レベルのancilla quditを用いたRooeoアルゴリズムの定式化を示す。 第二に、エネルギー領域におけるスペクトルフィルタとして機能する2周波干渉計として定義される 'emph{Rodeo kernel} の概念を導入する。 最後に,ロッドアルゴリズムのマイクロカノニカルプロトコルを提案する。 このプロトコルは、1つのエネルギースイープを通してエントロピー量の推定を可能にし、状態の密度のガウス的畳み込みとして自然な解釈を認める。 理論的解析を支援するために,3,4,5次元のアンシラ量子回路を用いて,対応する量子回路の数値的な評価を行う。 シミュレーションは1次元イジングモデルに対して行われ、スピン-$\frac{1}{2}$とスピン-$1$の粒子の両方を考慮する。 ancilla qutrit の実装は、qubit の実装と比較して1,8\% のゆらぎを減少させる。 本研究は,マルチレベル量子系のスペクトル解析と熱力学特性評価のためのフレームワークを提供することを示す。

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