論文の概要: Real-time Dynamics in 3D for up to 1000 Qubits with Neural Quantum States: Quenches and the Quantum Kibble--Zurek Mechanism

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.05032v1
• Date: Mon, 06 Apr 2026 18:00:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-08 17:42:09.41445
• Title: Real-time Dynamics in 3D for up to 1000 Qubits with Neural Quantum States: Quenches and the Quantum Kibble--Zurek Mechanism
• Title（参考訳）: ニューラル量子状態を持つ最大1000量子ビットの3次元リアルタイムダイナミクス:クエンチと量子キブル機構-Zurek機構
• Authors: Vighnesh Dattatraya Naik, Zheng-Hang Sun, Markus Heyl,
• Abstract要約: 立方体スピン格子に適した残差ベースの畳み込み構造を導入する。 我々は、最大1000ドルの量子ビットを含む格子上の臨界点に有限レートのクエンチを実行する。 これにより、3D量子キブル-ズレーク機構の大規模な数値実証が可能になる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Exponential complexity of many-body wave functions limits accurate numerical simulations of real-time dynamics, especially beyond 1D, where rapid entanglement growth poses severe challenges. Neural Quantum States (NQS) have emerged as a powerful approach for real-time dynamics in 2D, but their scalability and accuracy in 3D have remained an open challenge. Here, we establish NQS as a scalable framework for 3D quantum dynamics by introducing a residual-based convolutional architecture tailored to cubic spin lattices. Focusing on the 3D transverse-field Ising model, we demonstrate that NQS reliably capture distinct quench regimes, including collapse-and-revival dynamics and, most challengingly, the dynamics following a sudden quench to the quantum critical point. We perform finite-rate quenches to the critical point on lattices containing up to $1000$ qubits, an unprecedented system size for numerical simulations of real-time dynamics beyond 1D. This enables the first large-scale numerical demonstration of the 3D quantum Kibble--Zurek mechanism. The QKZM in 3D is particularly intriguing because it lies at the upper critical dimension of the Ising universality class, where the standard power laws are modified by logarithmic factors together with prominent sub-leading logarithmic corrections. By deriving these corrections from renormalization-group flow equations up to two-loop order, we obtain a robust data collapse across all simulated system sizes for the correlation function, the excess energy, and the quantum Fisher information, the latter revealing universal multipartite-entanglement dynamics. In all cases, we find compelling agreement with the expected scaling dimensions. Our findings establish NQS as a scalable and reliable tool for exploring nonequilibrium phenomena in 3D quantum matter and for providing numerical benchmarks for 3D quantum simulators.
• Abstract（参考訳）: 多体波動関数の指数複雑性は、特に急激な絡み合い成長が深刻な課題を引き起こす1次元を超えて、リアルタイム力学の正確な数値シミュレーションを制限する。 ニューラル量子状態(NQS)は、2Dにおけるリアルタイムダイナミクスの強力なアプローチとして登場したが、3Dにおけるスケーラビリティと精度は依然としてオープンな課題である。 そこで我々は, 3次元量子力学のスケーラブルなフレームワークとしてNQSを確立し, 立方体スピン格子に合わせた残差ベースの畳み込み構造を導入する。 3次元逆場イジングモデルに着目して、NQSは崩壊と復活のダイナミクス、そして最も難しいのは、突然の臨界点への急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な急激な変化を確実に捉えた。 最大1000ドルキュービットの格子上の臨界点に対して有限レートのクエンチを実行する。これは1Dを超えるリアルタイム力学の数値シミュレーションにおいて、前例のないシステムサイズである。 これにより、3D量子キブル-ズレーク機構の大規模な数値実証が可能になる。 3D の QKZM は、Ising Universality class の上部臨界次元にあるため、特に興味深い。 これらの補正を2ループオーダーまでの正規化群フロー方程式から導出することにより、相関関数、余剰エネルギー、量子フィッシャー情報に対する全てのシミュレートされたシステムサイズにまたがるロバストなデータ崩壊が得られる。 いずれの場合も、予想されるスケーリングの次元と説得力のある合意が得られます。 我々はNQSを3次元量子物質中の非平衡現象を探索し、3次元量子シミュレータの数値ベンチマークを提供するためのスケーラブルで信頼性の高いツールとして確立した。

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