論文の概要: Simulating Thermal Properties of Bose-Hubbard Models on a Quantum Computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.06077v1
• Date: Tue, 07 Apr 2026 16:56:56 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-08 17:42:09.944007
• Title: Simulating Thermal Properties of Bose-Hubbard Models on a Quantum Computer
• Title（参考訳）: 量子コンピュータを用いたボース・ハッバードモデルの熱特性のシミュレーション
• Authors: Simon Becker, Cambyse Rouzé, Robert Salzmann,
• Abstract要約: ボソニック多体システムのための厳密なGibsサンプリングフレームワークについて紹介する。 物理的に関係のあるボソニックモデルでは, 熱状態の効率的な調製が可能であった。 これは、無限次元系におけるギブスサンプリングへの数学的に制御された最初のルートを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.339125865979205
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: While recent advances have established efficient quantum algorithms for preparing Gibbs states of finite-dimensional systems, comparable complexity results for bosonic and other infinite-dimensional models remain unexplored. We introduce the first general rigorous Gibbs sampling framework for bosonic many-body systems, showing that physically relevant bosonic models admit gapped dissipative generators, enabling efficient preparation of thermal states. Although our results hold for broad classes of models, we illustrate them using Bose-Hubbard Hamiltonians, both within and beyond the mean-field regime. In both cases, we show that the associated dissipative generators maintain a positive spectral gap, thereby implying exponential convergence to the thermal state. Our argument in the multi-mode case is based on a finite-rank reduction of the dissipative dynamics, which allows us to control the generator via compact perturbations and deduce the discreteness of the spectrum and the stability of the gap. We apply our results to provide efficient preparation of the corresponding Gibbs state on qubit hardware, and by that a quantum algorithm to compute thermal properties of the associated model. This provides the first mathematically controlled route to Gibbs sampling in infinite-dimensional systems, with implications for quantum simulation, thermalization, and many-body complexity, where quantum advantages may arise.
• Abstract（参考訳）: 近年では、有限次元系のギブス状態を作成するための効率的な量子アルゴリズムが確立されているが、ボソニックや他の無限次元モデルの計算結果に匹敵する複雑性は未解明のままである。 ボソニック多体システムのための第1次汎用厳密なギブズサンプリングフレームワークを導入し, 物理的に関連するボソニックモデルが散逸性発生器を許容し, 熱状態の効率的な調製を可能にすることを示した。 我々の結果は幅広いモデルのクラスに当てはまるが、平均場状態内および超越したボース・ハッバード・ハミルトン多様体を用いてそれらを説明する。 いずれの場合も、関連する散逸発生器は正のスペクトルギャップを維持しており、熱状態への指数収束を示唆している。 多モードの場合の議論は、散逸動力学の有限ランク還元に基づいており、コンパクトな摂動によってジェネレータを制御し、スペクトルの離散性とギャップの安定性を導出することができる。 本研究は、量子ビットハードウェア上でのギブス状態の効率的な調製と、関連するモデルの熱特性を計算するための量子アルゴリズムについて述べる。 これは、量子シミュレーション、熱化、および量子上の利点が生じる多体複雑性に影響を及ぼす、無限次元系のギブスサンプリングへの最初の数学的制御された経路を提供する。

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