論文の概要: Rigorous error bounds for dissipative thermal state preparation from weak system-bath coupling
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.03011v1
- Date: Mon, 04 May 2026 18:00:06 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-05-06 19:35:43.576768
- Title: Rigorous error bounds for dissipative thermal state preparation from weak system-bath coupling
- Title（参考訳）: 弱系-バス結合による散逸熱状態生成のための剛性誤差境界
- Authors: Christopher Ong, S. A. Parameswaran, Benedikt Placke, Dominik Hahn,
- Abstract要約: 熱状態の準備は、量子多体系のシミュレーションにおける中心的な課題である。
これらのアルゴリズムは、熱状態を正確に修正する散逸的なリンドブラディアン進化に基づいている。
この進化の制御と効率的なデジタルシミュレーションは、今日の量子ハードウェアには及ばない。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.7874708385247353
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Thermal state preparation is a central challenge in the simulation of quantum many-body systems. Yet, provably efficient algorithms for this task were only introduced recently [Chen et al. Nature 646, 561 (2025)]. These algorithms are based on dissipative Lindbladian evolution which exactly fixes the thermal state. Controlled and efficient digital simulation of this evolution, although possible in principle, remains out of reach for present-day quantum hardware. Subsequent work has therefore focused on analog approximations of the proposed Lindbladians via `collision models' with relatively modest requirements -- a resettable bath of ancilla qubits whose couplings to the system can be tuned in time-dependent fashion -- while still admitting rigorous fixed-point error bounds. Existing rigorous approaches, however, do not exploit the fact that these constructions generically implement not only the desired Lindblad dynamics, but also an additional unitary evolution generated by the system Hamiltonian which may aid convergence to the thermal state [Lloyd and Abanin arXiv:2506.21318 (2025)]. Here, we show that this unitary contribution does indeed tighten the fixed-point error bound and demonstrate that it is rigorously controlled by the system-bath coupling strength $J$, scaling as $J^2$. This demonstrates that the effect of the spurious `Lamb shift' term generated by the system-bath interaction can be controlled by tuning $J$. We clarify the role, previously observed, of a randomized implementation in suppressing possible resonances of the drive with the many-body spectrum, and bound the additional variance that this randomization imposes on observables. Finally, we numerically study aspects of the protocol which are relevant for its practical realization, such as the mixing time.
- Abstract（参考訳）: 熱状態の準備は、量子多体系のシミュレーションにおける中心的な課題である。
しかし,この課題に有効なアルゴリズムが導入されたのは近年である[Chen et al Nature 646, 561 (2025)]。
これらのアルゴリズムは、熱状態を正確に修正する散逸的なリンドブラディアン進化に基づいている。
この進化の制御と効率的なデジタルシミュレーションは、原理的には可能だが、現在の量子ハードウェアには及ばない。
その後の研究は、比較的控えめな要求である -- システムとの結合を時間依存で調整できるアンシラキュービットのリセット可能な浴槽 -- を経由し、厳密な固定点誤差境界を認めながら、提案されたリンドブラディアンのアナログ近似に焦点を当てた。
しかし、既存の厳密なアプローチは、これらの構造が所望のリンドブラッド力学だけでなく、熱状態(Lloyd と Abanin arXiv:2506.21318 (2025))への収束を補助するハミルトニアン系によって生成される追加のユニタリ進化を総称的に実装しているという事実を利用するものではない。
ここでは、このユニタリ寄与が実際に固定点誤差境界を締め付け、システムバス結合強度$J$によって厳密に制御され、$J^2$にスケールされていることを示す。
このことは、システムとバスの相互作用によって生成される急激な 'Lamb shift' 項の効果は、$J$をチューニングすることで制御できることを示している。
我々は、多体スペクトルによる駆動の共鳴を抑えるためのランダム化実装の役割を明らかにし、このランダム化が観測値に課す追加の分散を束縛する。
最後に,混合時間などの実際の実現に関係したプロトコルの側面を数値的に検討する。
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