論文の概要: Full-quantum variational dynamics simulation for time-dependent Hamiltonians with global spectral discretization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.17062v1
- Date: Tue, 17 Mar 2026 18:49:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-19 18:32:57.357726
- Title: Full-quantum variational dynamics simulation for time-dependent Hamiltonians with global spectral discretization
- Title（参考訳）: 大域的スペクトル離散化を伴う時間依存ハミルトニアンのフル量子変動力学シミュレーション
- Authors: Minchen Qiao, Zi-Ming Li, Yu-xi Liu,
- Abstract要約: 量子計算による時間依存ハミルトニアンの力学をシミュレートするための最も広く用いられるアプローチは、量子古典的ハイブリッド変分量子時間進化アルゴリズムに依存する。
ここでは、変分係数の常微分方程式を静的線型方程式に変換する全量子的手法を提案する。
我々の完全量子アルゴリズムは古典的なフィードバックを回避し、滑らかなハミルトニアンに対する指数収束を回避し、時間ステップの数に依存しない量子回路深さを生成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.840215349970144
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The most widely used approach for simulating the dynamics of time-dependent Hamiltonians via quantum computation depends on the quantum-classical hybrid variational quantum time evolution algorithm, in which ordinary differential equations of the variational coefficients for determining time evolution are solved via classical simulations with a time discretization method. We here present a full-quantum approach, in which ordinary differential equations of the variational coefficients are transformed into static linear equations via the Chebyshev spectral discretization method and then solved via the quantum singular value transformation algorithm. Our full quantum algorithm avoids classical feedback, achieves exponential convergence for smooth Hamiltonians, and yields a quantum circuit depth that is independent of the number of time steps. We demonstrate two implementation strategies, with a global formulation designed for fault-tolerant architectures and a sequential formulation tailored to near-term devices, and validate the approach through numerical simulations of proton-hydrogen charge-transfer dynamics, a prototypical time-dependent quantum chemistry problem. This work establishes a systematic pathway from quantum-classical hybrid variational quantum algorithms to full-quantum solvers for general time-dependent Hamiltonians, particularly those whose dynamics admit compact variational descriptions, opening a route toward full quantum computational advantages in time-dependent simulations.
- Abstract（参考訳）: 量子計算による時間依存ハミルトニアンの力学をシミュレーションするための最も広く用いられるアプローチは、時間離散化法を用いて古典シミュレーションによって時間進化を決定する変分係数の常微分方程式を解く量子古典的ハイブリッド変分量子時間進化アルゴリズムに依存する。
ここでは,変分係数の常微分方程式を,チェビシェフスペクトル離散化法を用いて静的線形方程式に変換し,量子特異値変換アルゴリズムを用いて解いた。
我々の完全量子アルゴリズムは古典的なフィードバックを回避し、滑らかなハミルトンの指数収束を実現し、時間ステップの数に依存しない量子回路深さを得る。
本稿では, 耐故障性アーキテクチャを設計したグローバルな定式化と, 短期デバイスに適した逐次定式化と, 原型的時間依存量子化学問題である陽子-水素電荷移動力学の数値シミュレーションによるアプローチの検証を行う。
この研究は、量子古典ハイブリッド変分量子アルゴリズムから、一般の時間依存ハミルトニアンのフル量子ソルバへの体系的な経路を確立する。
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