論文の概要: Spectral functions on a quantum computer through system-environment interaction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.01440v1
• Date: Sat, 02 May 2026 13:26:34 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-05 20:33:49.77309
• Title: Spectral functions on a quantum computer through system-environment interaction
• Title（参考訳）: システム-環境相互作用による量子コンピュータ上のスペクトル関数
• Authors: Etienne Granet, Ramil Nigmatullin, David T. Stephen, Henrik Dreyer,
• Abstract要約: ARPES実験に係わる環境とシステムの相互作用を直接モデル化することにより、量子コンピュータ上でのスペクトル関数の効率的な測定方法を提案する。 qubit と 2-qubit ゲートのオーバーヘッドが伴うが、我々のアプローチでは以前のアプローチの2倍のサンプリングを$O(N)$で行う必要がある。 本稿では, 量子システムモデル H2 イオントラップシステム上で, スペクトル関数を270ドルの1次元システムで計算し, 54ドルの量子ビットを用いて実演する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Spectral functions measured with angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) provide key insight to elucidate the band structure of materials. Comparison with theory requires computing dynamical one-point functions in some equilibrium state, which can be classically challenging. Their measurement on quantum computers poses multiple problems and comes with a large sampling overhead when standard techniques are used. We introduce an efficient way of measuring spectral functions on a quantum computer by directly modeling the interaction of the system with the environment involved in ARPES experiments. We develop quantum circuits whose local expectation values are proportional to the spectral function $A(k,ω)$ for all momentum $k$ and a specific chosen frequency $ω$. Although coming with a qubit and two-qubit gate overhead, our approach requires $O(N)$ times less sampling than previous approaches, translating into a factor $O(N)$ faster in runtime, and is particularly adapted to ion-trap quantum computers. The algorithm requires to implement a fermionic Fourier transform (FFT). We write out an efficient gate decomposition for generic radix-$n$ FFT and benchmark it on hardware for radix-$3$ on $27$ qubits. We finally demonstrate our algorithm on a Quantinuum System Model H2 ion-trap system, computing the spectral function on a one-dimensional system of $27$ sites, using $54$ qubits.
• Abstract（参考訳）: 角度分解光電子分光法(ARPES)で測定されたスペクトル関数は、材料のバンド構造を解明するための重要な洞察を与える。 理論との比較では、ある平衡状態における動的一点関数の計算が必要であり、古典的には困難である。 量子コンピュータにおけるそれらの測定は、複数の問題を引き起こし、標準技術を使用する際に大きなサンプリングオーバーヘッドが伴う。 ARPES実験に係わる環境とシステムの相互作用を直接モデル化することにより、量子コンピュータ上でのスペクトル関数の効率的な測定方法を提案する。 我々は、全ての運動量$k$に対するスペクトル関数$A(k,ω)$と特定の選択周波数$ω$に比例した局所期待値を持つ量子回路を開発する。 量子ビットと2量子ビットゲートのオーバーヘッドがあるが、我々のアプローチでは以前のアプローチの1倍のサンプリングを要し、実行時に1倍のO(N)$に変換し、特にイオントラップ量子コンピュータに適応する。 このアルゴリズムはフェルミオンフーリエ変換(FFT)を実装する必要がある。 我々は、ジェネリックラディックス=n$FFTの効率的なゲート分解を書いて、それをハードウェアでベンチマークし、ラディックス=3$ on $27$ qubitsでベンチマークする。 量子システムモデル H2 イオントラップシステム上で,25 キュービットの1次元システム上でスペクトル関数を計算し,そのアルゴリズムを実証した。

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