論文の概要: Simulating the dynamics of an SU(2) matrix model on a trapped-ion quantum computer

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.14094v1
• Date: Wed, 15 Apr 2026 17:08:31 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-16 20:38:32.654685
• Title: Simulating the dynamics of an SU(2) matrix model on a trapped-ion quantum computer
• Title（参考訳）: トラップイオン量子コンピュータにおけるSU(2)行列モデルのダイナミクスのシミュレーション
• Authors: Gavin S. Hartnett, Haoran Liao, Enrico Rinaldi,
• Abstract要約: 本稿では,捕捉イオン量子コンピュータ上で実行されるボソニック行列モデルのディジタル量子シミュレーションについて述べる。 シミュレーションエラーを,Hilbert空間乱れ,トロッタライゼーション,ハードウェアノイズの3つの異なるソースに分解する。 この研究は、より複雑な行列モデルにデジタル量子シミュレーションを拡張するための基盤を確立する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.214168764374659
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Matrix models are an important class of systems in string theory and theoretical physics, with applications to random matrix theory, quantum chaos, and black holes. Hamiltonian Monte Carlo simulations and gauge/gravity duality have been used to study these systems at thermal equilibrium, and the bootstrap program has been used to efficiently determine operator expectation values by imposing positivity constraints. However, simulating real-time, non-equilibrium dynamics remains a fundamental challenge. In this work, we present the first digital quantum simulation of a bosonic matrix model, executed on the Quantinuum System Model H2 trapped-ion quantum computer. We focus on an $\mathrm{SU}(2)$ gauge theory with a quartic potential as it is simple enough to validate against exact classical solutions and yet complex enough to reflect the non-local structure of larger theories. Using the Loschmidt echo as our primary dynamical observable, we systematically decompose simulation errors into three distinct sources: Hilbert space truncation, Trotterization, and hardware noise. We demonstrate a new post-selection scheme that detects and discards gauge-symmetry violations in the Fock basis and show that at small scales it, along with zero-noise extrapolation, can give modest improvements in fidelity. These approaches struggle to scale to larger system sizes in their current implementations, emphasizing the need to move beyond them and to focus on depth reduction through improved compilation and unitary synthesis, and run-time error handling such as additional error suppression, error detection, as well as error correction approaches. This work establishes a foundation for extending digital quantum simulation to more complex matrix models -- revealing that fundamental challenges in qubit resources and circuit depth remain formidable obstacles for scaling to holographically interesting regimes.
• Abstract（参考訳）: 行列モデルは弦理論と理論物理学において重要なシステムのクラスであり、ランダム行列理論、量子カオス、ブラックホールへの応用がある。 ハミルトニアンのモンテカルロシミュレーションとゲージ/重力双対性はこれらの系を熱平衡で研究するために使われ、ブートストラッププログラムは正の制約を課すことで演算子期待値を効率的に決定するために使われてきた。 しかし、リアルタイムの非平衡力学をシミュレートすることは根本的な課題である。 本研究では,量子力学系H2量子コンピュータ上で実行されるボソニック行列モデルの最初のディジタル量子シミュレーションについて述べる。 我々は、厳密な古典解に対して検証できるほど単純であり、より大きな理論の非局所構造を反映するほど複雑であるため、クォートポテンシャルを持つ $\mathrm{SU}(2)$ゲージ理論に焦点を当てる。 Loschmidtエコーを一次力学観測器として使用し、シミュレーションエラーをHilbert空間乱れ、トロッター化、ハードウェアノイズの3つの異なるソースに体系的に分解する。 我々はFockベースでゲージ対称性違反を検出して破棄する新しいポストセレクション方式を実証し、小さなスケールではゼロノイズ外挿法とともに、忠実度をわずかに改善できることを示した。 これらのアプローチは、現在の実装でより大きなシステムサイズにスケールするために苦労し、コンパイルとユニタリ合成の改善による深度低減と、エラーの抑制やエラー検出、エラー修正アプローチなどの実行時のエラー処理に重点を置いている。 この研究は、デジタル量子シミュレーションをより複雑な行列モデルに拡張する基盤を確立し、量子ビット資源と回路深さの基本的な課題がホログラフィック的に興味深いレシエーションにスケールするための恐ろしい障害のままであることを明らかにする。

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