論文の概要: Beyond VQE and QPE: A Noise- and Sampling-Error-Tolerant Quantum Algorithm with Heisenberg-Limited Precision
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.17953v1
- Date: Wed, 18 Mar 2026 17:27:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-19 18:32:57.851773
- Title: Beyond VQE and QPE: A Noise- and Sampling-Error-Tolerant Quantum Algorithm with Heisenberg-Limited Precision
- Title（参考訳）: VQEとQPEを超える:ハイゼンベルク極限精度を持つノイズ・サンプリング・エラー・トレラント量子アルゴリズム
- Authors: Qing-Xing Xie, Zidong Lin, Yun-Long Liu, Yan Zhao,
- Abstract要約: Witnessed Quantum Time Evolution (WQTE)は、任意の量子系の固有エネルギースペクトルを効率的に計算するための新しい量子アルゴリズムである。
WQTEは1つの補助量子ビットを用いてリアルタイム進化演算子を制御することにより、複数の固有エネルギーの並列分解を可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.9712062101543135
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This paper introduces Witnessed Quantum Time Evolution (WQTE), a novel quantum algorithm for efficiently computing the eigen-energy spectra of arbitrary quantum systems without requiring eigenstate preparation-a key limitation of conventional approaches. By leveraging a single ancillary qubit to control real-time evolution operators and employing Fourier analysis, WQTE enables parallel resolution of multiple eigen-energies. Theoretical analysis demonstrates that the algorithm achieves Heisenberg-limited precision and operates with only a non-zero wavefunction overlap between the reference state and target eigenstates, significantly reducing initialization complexity. Numerical simulations validate the algorithm's effectiveness in molecular systems (e.g., H4 chains) and lattice models (e.g., Heisenberg spin systems), confirming that computational error scales inversely with maximum evolution time while maintaining robustness against sampling errors and quantum noise. Experimental implementation on an NMR quantum processor further verifies its feasibility in real-world noisy environments. Compared to existing quantum algorithms (e.g., VQE, QPE and their variants), WQTE exhibits superior circuit depth efficiency, resource economy, and noise resilience, making it a promising solution for eigen-energy computation on noisy intermediate-scale quantum (NISQ) devices.
- Abstract（参考訳）: 本稿では、任意の量子系の固有エネルギースペクトルを、固有状態の準備を必要とせず効率的に計算する新しい量子アルゴリズム、Witnessed Quantum Time Evolution (WQTE)を紹介する。
WQTEは1つの補助量子ビットを利用してリアルタイム進化演算子を制御し、フーリエ解析を用いることで、複数の固有エネルギーの並列分解を可能にする。
理論的解析は、アルゴリズムがハイゼンベルク制限精度を達成し、参照状態とターゲット固有状態の間に非ゼロ波動関数が重なり合うだけで動作し、初期化の複雑さを著しく減少させることを示した。
数値シミュレーションにより、分子系(例えば、H4鎖)と格子モデル(例えば、ハイゼンベルクスピン系)におけるアルゴリズムの有効性が検証され、計算誤差は、サンプリングエラーや量子ノイズに対する堅牢性を維持しながら、最大進化時間とともに逆向きにスケールすることを確認した。
NMR量子プロセッサの実験的実装により、現実の雑音環境におけるその実現可能性はさらに検証される。
既存の量子アルゴリズム(例えば、VQE、QPE、およびそれらの変種)と比較して、WQTEはより優れた回路深さ効率、資源経済、ノイズ耐性を示し、ノイズの多い中間スケール量子(NISQ)デバイス上での固有エネルギー計算のための有望なソリューションである。
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